JTJ-Konzept

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JT_J-Konzept

Grundlagen des stabilen Risswachstums

Der Bruch von Kunststoffen wird in vielen Fällen durch stabiles Risswachstum (siehe: Rissausbreitung) initiiert. Die Bewertung der Risszähigkeit erfolgt in diesem Fall auf der Basis von Risswiderstands-(R-) Kurven ( siehe Risswiderstandskurve). Zur Konstruktion einer R-Kurve wird als Beanspruchungsparameter der J- oder δ-Wert gewählt, die nach geeigneten approximativen Näherungsgleichungen bestimmt und in Abhängigkeit von der gemessenen Rissverlängerung ∆a aufgetragen werden.

Die R-Kurve, auch als J_R-Kurve bezeichnet, besteht aus zwei Bereichen, die die Stadien Rissabstumpfung (siehe: Risswiderstandskurve) und Rissausbreitung beschreiben. Als Kennwerte werden für die Rissabstumpfung der physikalische Rissinitiierungswert J_i oder δ_i und als Näherung ein technischer Rissinitiierungswert bestimmt (siehe auch: Rissinitiierung). Als Werkstoffwiderstand gegenüber Rissausbreitung wird der Reißmodul (Tearing Modul) ermittelt (siehe auch: Erkenntnisniveauebenen der Bruchmechanik).

Das JT_J-Konzept von Will und Michel

Von Will und Michel wurde 1986 eine auch für Kunststoffe geeignete Betrachtungsweise vorgeschlagen, die in der Literatur als JT_J-Konzept bezeichnet wird. Danach tritt stabiles Risswachstum dann auf, wenn die in der plastischen Zone materialspezifisch dissipierte Energie den Überschuss an verfügbarer Energie, hervorgerufen durch den Risszuwachs, kompensiert. Das stabile Risswachstum ist nach diesem Konzept als JT_J-gesteuertes Risswachstum aufzufassen. Der JT_J-Kennwert stellt einen empfindlichen Indikator dar, um die erhöhte Energieaufnahmefähigkeit von Kunststoffen in Abhängigkeit von Belastungsparametern und strukturellen Parametern quantitativ zu bewerten. Das Rissausbreitungsverhalten wird dabei durch ein Potenzgesetz der Form

$J\,=\,C_{1}\cdot \Delta a^{\frac {1}{2}}$

mit

C1

Werkstoffkonstante beschrieben.

Eine Vielzahl von Kunststoffen lässt sich mit dem JT_J-Konzept bewerten.

Literaturhinweise

• Will, P., Michel, B., Zerbst, U.: JT_J-gesteuertes Risswachstum und die Energiebilanz am duktilen Riss. Technische Mechanik 7 (1986) S. 58–60
• Grellmann, W., Seidler, S., (Hrsg): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2011), (2015) 3. Auflage, S. 261 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
• Grellmann, W., Michler, G. H., Schierjott, U., Haudel, G.: Bruchverhalten und Morphologie von TPU/ABS-Kombinationen – Anwendung des Risswiderstandskonzeptes zur Bestimmung des JT_J-gesteuerten Risswachstums. Plaste und Kautschuk 36 (1989), H 2, 63–67
• Grellmann, W., Michler, G., Schierjott, U.: Anwendung des R-Kurven-Konzeptes zur Bestimmung des JT_J-gesteuerten Risswachstums von TPU/ABS-Kombinationen. Institut für Mechanik, Karl-Marx-Stadt, Report Nr. 24 (1989), Teil 2, 238–244
• Grellmann, W., Seidler, S.: Chracterization of Crack Resistance Behaviour of Polymers with JT_J-Concept. ECF 9, European Conference on Fracture, Varna 21.–25. September 1992, Proceedings Vol. 1 (1992) 202–207