Zusammenfassung
Der erste Schritt bei der Festigkeitsauslegung von Bauteilen besteht darin, Spannungen zu berechnen und sicherzustellen, dass ein zulässiger Wert an keiner Stelle überschritten wird. Im einfachsten Fall wird makroskopische plastische Verformung ausgeschlossen durch das Kriterium σV ≤ Re/SF- Ebenso kann — je nach Beanspruchung — als Festigkeitskennwert anstelle der Streckgrenze z.B. die Dauerschwingfestigkeit, eine bestimmte Zeitdehngrenze oder die Zeitstandfestigkeit gesetzt werden. All diesen Festigkeitsberechnungen liegt die Annahme zugrunde, dass der Werkstoff im Ausgangszustand keine kritischen Fehlstellen enthält, welche unter den herrschenden Belastungen wachstumsfähig wären und gegenüber einem fehlerfreien Material vorzeitig zum Bruch führten. Unter Fehlstellen sind hierbei Werkstofftrennungen zu verstehen, welche in spe-zifikations- oder normgerechtem Probenmaterial nicht vorhanden sind (also nicht etwa Gitterfehler, wie Korngrenzen oder Ausscheidungen).
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Literaturnachweise
J. Ewald, C. Berger, G. Röttger, A.W. Schmitz: Untersuchung an einer ge-borstenen Niederdruckwelle, VGB-Konferenz „Werkstoffe und Schweiß-technik im Kraftwerk 1989 VGB-Werkstoffag 1989, Essen, Vortrag 12, 1989.
DP. Rooke, D.J. Cartwright, Compendium of Stress Intensity Factors Her Majesty’s Stationers Office, London, 1976.
A. Cottrell: An Introduction to Metallurgy, 2nd Ed., Edward Arnold, London, 1982, 339
M.F. Ashby, D.R.H. Jones: Engineering Materials 1, Pergamon Press, Ox-ford, 1991.
Fragensammlung
In welchen Fällen benötigt ein Konstrukteur die Bruchmechanik ergänzend zur klasschen Festigkeitsberechnung? Welche Angaben Müssen vorliegen, um ein Bauteil bruchmechanisch bewerten zu können, und welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um bruchmechanische Kennwerte auf ein Bauteil zu übertragen?
Was versteht man unter der Grenztragfähigkeit? Unter welchen Voraussetzungen kann man mit ihr rechnen?
Erläutern Sie, was die Bruchzähigkeit Kc aussagt.
In Tabellenwerken findet man als Bruchzähigkeit meist den Wert Klc angegeben. Erläutern Sie, unter welchen Bedingungen man mit diesem Wert eine bruchmechanische Berechnung durchführen darf. Warum liegen die anderen Kc-Werte höher als der Klc-Wert?
Überlegen Sie, wie man grundsätzlich vorgehen muss, um den Klc-Wert eines Werkstoffes experimentell zu bestimmen (Probengeometrie, Probenvorbereitung, Versuchsaufbau…).
Rechnen Sie das Beispiel aus Kap. 4.3.7 mit folgenden Werten durch: p = 80 bar; Rp 0,2 = 450 MPa; Klc = 90 MPa m1/2; s = 12 mm; a/2c = 0,2 und r = 0,3 m. Wie groß ist die kritische Risstiefe? Was ist hier zu beachten?
Erläutern Sie den Begriff „Restfestigkeit“ (mit Zeichnung!).
Geben Sie die Größen an, zu denen der Spannungsintensitätsfaktor proportional ist. Leiten Sie daraus die Definitionsgleichung für die Spannungsintensität her.
Was drückt der kritische Spannungsintensitätsfaktor Kc aus?
Stellen Sie die Wanddickenabhängigkeit von Kc schematisch dar. Geben Sie zu dem Diagramm die auftreten Brucharten an.
Unter welchen Bedingungen ist der Klc-Wert anwendbar (qualitativ)? Begründen Sie, warum man bei sehr duktilen Werkstoffen keinen Klc-Wert findet. Erläutern Sie ebenso, warum mit steigender Streckgrenze die Mindestwanddicke für die Gültigkeit von Klc abnimmt.
Eine CT-Probe gemäß Bild 4.6 aus einem Stahl mit Rp 0,2 = 590 MPa hat die Abmessung W = 35 mm und wird bis zu einer Risstiefe von a = 17 mm angeschwungen. Sie wird dann gezogen und bricht bei einer Kraft von 30.040 N. Wird mit diesem Versuch der Klc-Wert gemessen? Begründung! Was ist zu tun?
Erklären Sie, warum bei dünnen Blechen ein Scherbruch auftritt und bei dicken Platten aus nicht zu duktilen Werkstoffen ein Normalspannungsbruch.
Erstellen Sie ein Restfestigkeitsdiagramm für einen Stahl mit Rp 0,2 = 920 MPa, Rm = 1180 MPa und Klc = 123 MPa m1/2. Rechnen Sie mit β = 1.
Erläutern Sie das „Leck-vor-Bruch“-Kriterium? Welche Bauteile werden nach diesem Kriterium ausgelegt?
Erklären Sie bruchmechanisch die Schwierigkeiten mit Keramiken als Konstruktionswerkstoffe.
Was bedeutet die spezifische Bruchenergie Gc? Wie ist sie mit der Bruchzähigkeit Klc verknüpft?
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© 2005 Friedr. Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden
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Bürgel, R. (2005). Bruchmechanik. In: Festigkeitslehre und Werkstoffmechanik. Studium Technik. Vieweg+Teubner Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-322-85239-7_4
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DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-322-85239-7_4
Publisher Name: Vieweg+Teubner Verlag
Print ISBN: 978-3-8348-0078-7
Online ISBN: 978-3-322-85239-7
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