Bruchmechanische Charakterisierung von additiv gefertigten Kunststoffwerkstoffen in Abhängigkeit der Einsatzfrequenz

Zusammenfassung

Mit Hilfe der additiven Fertigung können heutzutage neuartige Kunststoffprodukte hergestellt werden, welche sowohl individuelle, als auch komplexe Designanforderungen erfüllen. Der darüber hinaus zunehmende Einsatz solcher Bauteile in mechanisch tragenden Strukturen setzt die Durchführung von Lebensdaueruntersuchungen voraus, da Bauteile dieser Art oftmals zyklischen Betriebsbelastungen ausgesetzt sind. In diesem Zusammenhang spielen vor allem die Aspekte der Rissbildung und des Risswachstums eine bedeutende Rolle. Beim Einsatz von Kunststoffwerkstoffen sind ebenfalls die zeit- und temperaturabhängigen Materialkennwerte wesentlich für die erreichbare Lebensdauer verantwortlich, sodass diese bei der Durchführung von experimentellen Untersuchungen zu berücksichtigen sind. Eine wichtige Kenngröße, welche das Risswachstum in Werkstoffen beschreibt, ist die Risswachstumsrate, zu deren Ermittlung eine kontinuierliche Risslängenmessung eine wesentliche Voraussetzung ist. In diesem Beitrag wird daher zunächst ein Verfahren zur Risslängenmessung in additiv gefertigten Kunststoffen auf Basis von Steifigkeitsänderungen vorgestellt. Im Anschluss werden auf dieser Grundlage experimentelle Risswachstumsuntersuchungen durchgeführt, mit denen die Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten (Threshold ΔK_th, zyklische Risszähigkeit ΔK_C, Rissfortschrittskurve) des verwendeten Kunststoffes ermöglicht wird. Die Risswachstumsversuche erfolgen unter Variation der Prüffrequenz, um eine bruchmechanische Charakterisierung für unterschiedliche Anwendungsprofile umzusetzen.