CT-Prüfkörper

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CT-Prüfkörper

Die angelsächsische Abkürzung CT steht für "Compact Tension" und der CT-Prüfkörper wird im Deutschen als Kompaktzugprüfkörper bezeichnet.

Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie

Bei der experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte (siehe: Bruchmechanische Prüfung) sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:

1. Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der plastischen Zone an der Rissspitze sein.
2. Die Kraft, die Kerbaufweitung (siehe: Rissöffnung) und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
3. Für die Berechnung des Spannungsintensitätsfaktor K im Moment der instabilen Rissausbreitung muss die Belastung des Prüfkörpers und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
4. Für die entsprechende Prüfkörpergeometrie muss die Bestimmungsgleichung, d. h. der Zusammenhang zwischen Beanspruchung und Risslänge bekannt sein.

Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden eine Reihe von Festlegungen getroffen, die ausgehend von dem ASTM-Standard E 399 [1] in die bisher vorliegenden Standards Eingang gefunden haben.

Prüfkörperform

Bild:

Schematische Darstellung des CT-Prüfkörpers

Abmessungen (nach [1, 2]):
W = 2 B, Sonderform: W = B bis 4 B
s = 0,55
H = 1,2 W
a = (0,35–0,55) W
D = 0,25 W
G = 1,25 W

Typische Abmessungen für Kunststoffe [3, 4]:
Beispiel 1: Bezeichnung: 48 mm x 50 mm-Prüfkörper
W = 40 mm, B = 10 mm, H = 48 mm, G = 50 mm, D = 10 mm, L = 12 mm, a = 18 mm, s = 22 mm, N = 2 mm

Beispiel 2: Bezeichnung: 96 mm x 100 mm-Prüfkörper
W = 80 mm, B = 3...10 mm, H = 96 mm, G = 100 mm, D = 20 mm, L = 36 mm, a = 38 mm, s = 44 mm, l = 2 mm

Bestimmungsgleichung [1]

$K_{I}={\frac {F}{B\cdot W^{1/2}}}f(a/W)$

$f(a/W)=29,6(a/W)^{1/2}-185,5(a/W)^{3/2}+655,7(a/W)^{5/2}-1017(a/W)^{7/2}+638,9(a/W)^{9/2}\!\$

Bezeichnung nach Dicke B:
CT 10, CT 15, CT 20, CT 30

Geometriekriterium für Metalle:

$B,a,(W-a)\geq 2,5{\bigg (}{\frac {K_{I}}{R_{e}}}{\bigg )}^{2}$

Geometriekriterium für Kunststoffe:

$B,a,(W-a)\geq \beta {\bigg (}{\frac {K}{\sigma _{y}}}{\bigg )}^{2}$

es gilt: R_e = $\sigma$_y = Streckspannung (Streckgrenze)

Die Geometriekonstante $\beta$ ist werkstoffabhängig (siehe auch Geometriekriterium, Bruchzähigkeit)

Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für bruchmechanische Untersuchungen an Kunststoffen und Verbundwerkstoffen ist in Bruchmechanikprüfkörper enthalten.

Literaturhinweise

[1]	ASTM E 399 (2017): Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness KIc of Metallic Materials
[2]	Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1993) 3. Auflage, (ISBN 3-342-00659-5; siehe AMK-Büchersammlung unter E 29-3)
[3]	Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen. Springer Verlag, Berlin Heidelberg (1998), (ISBN 3-540-63671-4; e-Book (2014): ISBN 978-3-642-58766-5; siehe AMK-Büchersammlung unter A 6)
[4]	Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 251/252 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)