SENB-Prüfkörper: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 13. August 2019, 10:08 Uhr

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SENB-Prüfkörper

Die angelsächsische Abkürzung SENB steht für "Single-Edge-Notched Bend" und der SENB-Prüfkörper wird im Deutschen als Dreipunktbiegeprüfkörper (3PB-Prüfkörper) bezeichnet.

Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie

Bei der experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:

Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der plastischen Zone an der Rissspitze sein.
Die Kraft, die Kerbaufweitung und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
Für die Berechnung des Spannungsintensitätsfaktor K im Moment der instabilen Rissausbreitung muss die Belastung des Prüfkörpers und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
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

W	–	Prüfkörperbreite
B	–	Prüfkörperdicke
L	–	Prüfkörperlänge
s	–	Stützweite
N	–	Kerbbreite
a	–	Kerbtiefe
F	–	Kraft (Last)

Bild:

Schematische Darstellung des SENB-Prüfkörpers

Abmessungen (nach [1, 2]):
W = 2 B, Sonderform: W = B bis 4 B
s = 4 W $\rightarrow$ s/W = 4, s = 40 mm
L = 4,5 W
a = (0,45–0,55) W
N $\geq$ 1,5 mm bei U- und V-Kerb für Metalle

Typische Abmessungen für Kunststoffe (nach [3, 4]):
W = 10 mm
B = 4 mm (in Variation B = 2...10 mm)
L = 80 mm
s = 40 mm (in Variation s = 40...70 mm)
a = 2 mm (in Variation a = 0,5...7,5 mm)
N $\geq$ 1,5 mm
l $\geq$ 1,3 mm (Rasierklinge, Kerblänge)
r $<\!\$ 0,25 mm (Kerbradius)
r $\approx$ 0,125 µm (Rasierklinge, Kerbradius)

(siehe hierzu: Kerb, Kerbeinbringung und Kerbgeometrie)

Bestimmungsgleichung

K_{I}={\frac {F\cdot s}{B\cdot W^{3/2}}}f(a/W)

f(a/W)\!\

für

s/W=4\!\

Tada [5]:

f_{1}(a/W)=2,9(a/W)^{1/2}-4,6(a/W)^{3/2}+21,8(a/W)^{5/2}-37,6(a/W)^{7/2}+38,7(a/W)^{9/2}\!\

Srawley und Gross [6]:

f_{2}(a/W)={\frac {3}{2}}(a/W)^{1/2}\cdot {\frac {[1,99-a/W\cdot (1-a/W)\cdot (2,15-3,93a/W+2,7(a/W)^{2})]}{(1+2a/W)\cdot (1-a/W)^{3/2}}}\!\

für s/W = 4
f₂(a/W) zeigt Übereinstimmung mit f₁ im Bereich 0 < a/W < 0,6, dann niedrigere Werte

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 K_Ic 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.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 251–254, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[4]	MPK-Prozedur MPK-IKBV (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
[5]	Tada, H., Paris, P. C., Irwin, G. R.: The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3th Ed., ASME Press, New York (2000)
[6]	Srawley, J. E., Gross, B.: Stress Intensity Factors for Bend and Compact Specimens. Engineering Fracture Mechanics (1972) 587–589

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-<big>'''SENB-Prüfkörper'''</big>
+{{PSM_Infobox}}
+<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">SENB-Prüfkörper</span>
-Die angelsächsische Abkürzung SENB steht für "'''s'''ingle-'''e'''dge-'''n'''otched '''b'''end" und der SENB-Prüfkörper wird im Deutschen als Dreipunktbiegeprüfkörper (3PB-Prüfkörper) bezeichnet.
+__FORCETOC__
+Die angelsächsische Abkürzung SENB steht für "'''S'''ingle-'''E'''dge-'''N'''otched '''B'''end" und der SENB-Prüfkörper wird im Deutschen als Dreipunktbiegeprüfkörper (3PB-Prüfkörper) bezeichnet.
 == Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie ==
-Bei der experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:
+Bei der experimentellen Ermittlung [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischer Kennwerte]] sind die folgenden grundsätzlichen Bedingungen einzuhalten:
-# Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der plastischen Zone an der Rissspitze sein.
+# Die Prüfkörperabmessungen müssen unter den jeweiligen Prüfbedingungen wesentlich größer als die Ausdehnung der [[Plastische Zone|plastischen Zone]] an der [[Riss]]spitze sein.
-# Die Kraft, die Kerbaufweitung und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
+# Die Kraft, die [[Rissöffnung|Kerbaufweitung]] und die Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung müssen kontinuierlich erfassbar sein.
-# Für die Berechnung des Spannungsintensitätsfaktor K im Moment der instabilen Rissausbreitung muss die Belastung des Prüfkörpers und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
+# Für die Berechnung des [[Bruchmechanik#Linear-elastische_Bruchmechanik|Spannungsintensitätsfaktor K]] im Moment der instabilen [[Rissausbreitung]] muss die Belastung des [[Prüfkörper]]s und die kritische Risslänge exakt bestimmbar sein.
-# Für die entsprechende Prüfkörpergeometrie muss die Bestimmungsgleichung, d.h. der Zusammenhang zwischen Beanspruchung und Risslänge bekannt sein.
+# Für die entsprechende Prüfkörpergeometrie muss die Bestimmungsgleichung, d. h. der Zusammenhang zwischen [[Beanspruchung]] und [[Riss]]länge 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 ==
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-Bild: Schematische Darstellung des SENB-Prüfkörpers
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+|Kraft (Last)
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 '''Abmessungen (nach [1, 2]):'''
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 r <math>\approx</math> 0,125 µm (Rasierklinge, Kerbradius)
+(siehe hierzu: [[Kerb]], [[Kerbeinbringung]] und [[Kerbgeometrie]])
 == Bestimmungsgleichung ==
-<math>K_I = \frac{F \cdot s}{B \cdot W^{3/2}} f(a/W)</math>
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 '''Tada [5]:'''
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+{|
-<math>f_1(a/W) = 2,9(a/W)^{1/2}-4,6(a/W)^{3/2}+21,8(a/W)^{5/2}-37,6(a/W)^{7/2}+38,7(a/W)^{9/2} \!\ </math>
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 '''Srawley und Gross [6]:'''
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+{|
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+|-
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+|}
 für s/W = 4
 <br>
-f<sub>2</sub>(a/W) zeigt Übereinstimmung mit f<sub>1</sub> im Bereich 0<a/W<0,6, dann niedrigere Werte
+f<sub>2</sub>(a/W) zeigt Übereinstimmung mit f<sub>1</sub> im Bereich 0 < a/W < 0,6, dann niedrigere Werte
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 '''Geometriekriterium für Metalle:'''
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-<math>B, a, (W-a) \geq 2,5 \bigg(\frac {K_I}{R_e}\bigg)^2</math>
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 '''Geometriekriterium für Kunststoffe:'''
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-<math>B, a, (W-a) \geq \beta \bigg(\frac {K}{\sigma_y}\bigg)^2</math>
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-es gilt: R<sub>e</sub> = <math>\sigma</math><sub>y</sub> = Streckspannung (Streckgrenze)
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+|}
+es gilt: R<sub>e</sub> = <math>\sigma</math><sub>y</sub> = [[Streckspannung]] (Streckgrenze)
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-Die Geometriekonstante <math>\beta</math> ist werkstoffabhängig (siehe auch [[Geometriekriterium]], [[Bruchzähigkeit]])
+Die Geometriekonstante <math>\beta</math> ist werkstoffabhängig. (siehe auch [[Geometriekriterium]], [[Bruchmechanik|Bruchzähigkeit]])
+Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanische Untersuchungen]] an [[Kunststoffe]]n  und [[Prüfung von Verbundwerkstoffen|Verbundwerkstoffen]] ist in [[Prüfkörper_für_bruchmechanische_Prüfungen|Bruchmechanikprüfkörper]] enthalten.
-== Literatur ==
+'''Literaturhinweise'''
 {|
 |-valign="top"
 |[1]
-|ASTM E 399 (2009): Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K<sub>Ic</sub> of Metallic Materials
+|ASTM E 399 (2017): Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K<sub>Ic</sub> of Metallic Materials
 |-valign="top"
 |[2]
-|Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1993) 3. Auflage, (ISBN 3-342-00659-5) (siehe [http://www.hs-merseburg.de/amk/index.php?option=com_joomlib&Itemid=85 AMK-Büchersammlung] unter E 29-3)
+|[[Blumenauer, Horst|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)
 |-valign="top"
 |[3]
-|Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 2. Auflage, S. 247–248, (ISBN 978-3-446-42722-8; siehe [http://www.hs-merseburg.de/amk/index.php?option=com_joomlib&Itemid=85 AMK-Büchersammlung] unter A 12)
+|[[Grellmann,_Wolfgang|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 251–254, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
 |-valign="top"
 |[4]
-|[http://www2.iw.uni-halle.de/ww/mpk/p_d.pdf MPK-IKBV] (2009): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch, Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandsverhalten aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
+|[[MPK-Prozedur MPK-IKBV]] (2016-08): Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch: Prozedur zur Ermittlung des Risswiderstandverhaltens aus dem instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch
 |-valign="top"
 |[5]
-|Tada, H., Paris, P.C., Irwin, G.R.: The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3th Ed., ASME Press, New York (2000)
+|Tada, H., Paris, P. C., Irwin, G. R.: The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3th Ed., ASME Press, New York (2000)
 |-valign="top"
 |[6]
-|Srawley, J.E., Gross, B.: Stress intensity factors for bend and compact specimens. Engineering Fracture Mechanics (1972) 587–589
+|Srawley, J. E., Gross, B.: Stress Intensity Factors for Bend and Compact Specimens. Engineering Fracture Mechanics (1972) 587–589
-|-
 |}
+[[Kategorie:Biegeversuch]]
+[[Kategorie:Bruchmechanik]]
+[[Kategorie:Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]
+[[Kategorie:Prüfkörper]]

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