.... Risswachstum bei zyklischer Belastung

Bild 1: Ermüdunsgsrisswachstum

In vielen Fällen entsteht ein Riss im Betreib unter Ermüdungsbelastung (Bild 1). Durch zyklsiche Spannungswechsel kommt es örtlich zur Rissbildung, dem sich dann ein Risswachstum anschließt. Bezogen auf die Lebensdauer von Bauteilen unter zyklischer Belastung ist die Phase der Rissentstehung sehr viel länger als die des Risswachstums. Für die Rissentstehung gibt es metallphysikalische Vorstellungen, die durch phänomenologische Beobachtungen gestützt werden, hier aber keine Rolle spielen. Quantitative Rechenmodelle für die Phase der Rissentstehung gibt es heute noch nicht.

 

Dagegen kann die Phase des Rissfortschritts ab einer makroksopisch erkennbaren Rissgröße von ca. 0,1 bis 0,5 mm mit Hilfe der linear elastischen Bruchmechanik berechnet werden. Voraussetzung ist, dass es lokal und natürlich global nicht zu plastischen Verformungen kommt.

 

Für das Risswachstum wurde das Riswachtumsgesetz von Paris entwickelt (Bild 2). In logarithmischer Darstellung ist die inkrementelle Risslängenzunahme pro Lastwechsel da/dN in Abhängigkeit vom zyklischen Spannungsintensitätsfaktor dK dargestellt. Man erkennt, dass es im mittleren Bereich (im logarythmischen Maßstab) zu einer linearen Abhängigkeit kommt, die durch das einfache Paris Gesetz (siehe Bild) beschrieben wird. Im Anfangsbereich wird ein Risstoppen beobachtet, weshalb die Kurve in einen geraden Verlauf übergeht. Man spricht vom dK Threhold Bereich.  Im oberen Bereich wird mit zunhemender Risslänge irgendwann der Grenzzustand für Versagen durch Rissinitiierung erreicht. Dies ist abhängig von der Zähigkeit des Werkstoffs.

 

Das Risswachstumsmodell wird häufig mit der quasistatischen Berechnung der kritischen Risslänge verknüpft (siehe Anwendungen auf dieser Website).

 

Für das Risswachstumsodell gibt es neben der Paris Gleichung neuere Gleichungen, (Forman, Mettu), die Risschließeffekt und die Mittelspannungsabhängigkeit erfassen.

 

 

Bild 2