Einfluss von Mixed-Mode-Beanspruchung auf das Ermüdungsrisswachstum in Bauteilen und Strukturen
Zusammenfassung
Während eines Produktlebens können vielfältige Belastungen am Bauteil auftreten, welche u.U. die lokale Beanspruchungssituation an vorhandenen Defekten entscheidend verändern und dadurch maßgeblichen Einfluss auf die Bauteillebensdauer ausüben können. Diese Dissertation befasst sich daher mit dem Thema des Ermüdungsrisswachstums hauptsächlich bei überlagerten Beanspruchungen, sogenannten Mixed-Mode-Beanspruchungen. Dabei konzentrieren sich die experimentellen Untersuchungen u.a. auf die bruchmechanische Kennwertermittlung bei 3D-Mixed-Mode sowie auf Auswirkungen bezüglich des Risswachstums und der Rissorientierung infolge Belastungsrichtungs- und Beanspruchungsniveauänderungen. Weitere Untersuchungsgegenstände dieser Arbeit sind die Facettenbildung bei Mode I-Mode III-Beanspruchungsüberlagerungen sowie nicht-proportionale Mixed-Mode-Beanspruchungen. Die Untersuchungen zeigen, dass Belastungsrichtungs- und Beanspruchungsniveauänderungen sowie nicht-proportionale Mixed...
Schlagworte
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- I–XIV
- 1–4 1 Einleitung und Zielsetzung 1–4
- 1.1 Historie
- 1.2 Herausforderungen bei der Bewertung des Risswachstums
- 5–31 2 Bruchmechanik bei komplexer Beanspruchung 5–31
- 2.1 Kraftflussstörung durch Risse
- 2.2 Spannungsverteilungen in Rissnähe
- 2.2.1 Spannungsverteilungen ebener Rissprobleme
- 2.2.2 Spannungsverteilungen räumlicher Rissprobleme
- 2.3 Grundlegende Beanspruchungsarten am Riss
- 2.4 Spannungsintensitätsfaktoren für Single-Mode-Beanspruchungen
- 2.5 Instabiles Risswachstum bei komplexer Beanspruchung
- 2.5.1 K-Konzepte für Single-Mode-Beanspruchungen
- 2.5.2 K-Konzept für 2D-Mixed-Mode-Beanspruchung
- 2.5.3 K-Konzept für 3D-Mixed-Mode-Beanspruchung
- 2.6 Ermüdungsrisswachstum bei konstanter zyklischer Amplitude
- 2.6.1 Ermüdungsrisswachstum unter Mode I-Beanspruchung
- 2.6.2 Ermüdungsrisswachstum bei 2D-Mixed-Mode-Beanspruchung
- 2.6.3 Ermüdungsrisswachstum bei 3D-Mixed-Mode-Beanspruchung
- 2.7 Ermüdungsrisswachstum bei variabler zyklischer Amplitude
- 2.7.1 Reihenfolgeeffekte und deren Einfluss auf den Rissfortschritt
- 2.7.2 Mixed-Mode-Beanspruchung infolge einer Belastungsänderung
- 2.8 Lokale Plastizität an der Rissspitze
- 32–40 3 Kriterien bei 3D-Mixed-Mode-Beanspruchung 32–40
- 3.1 3D-Kriterium nach RICHARD
- 3.2 Rissausbreitungskriterium nach POOK
- 3.3 σ1'-Kriterium nach SCHÖLLMANN et al
- 3.4 Gegenüberstellung der Kriterien
- 3.5 Bruchmechanische Bewertung bei allgemeiner zyklischer Mixed-Mode- Beanspruchung
- 41–55 4 Proben und Vorrichtungen für Risswachstumsuntersuchungen bei Mixed-Mode- Beanspruchungen 41–55
- 4.1 CTSR-Probe und Vorrichtung
- 4.1.1 Realisierung von beliebigen 3D-Mixed-Mode-Zuständen
- 4.1.2 Experimentelle Voruntersuchungen
- 4.2 CTMM-Probe und Vorrichtung
- 4.2.1 Konzeptdarstellung und -beschreibung
- 4.2.2 Ermittlung der Geometriefaktorfunktionen
- 4.2.3 Experimentelle Voruntersuchungen
- 56–93 5 Experimentelle Untersuchungen des Ermüdungsrissverhaltens bei Mixed-Mode- Beanspruchung 56–93
- 5.1 Versuchswerkstoffe
- 5.1.1 Aluminiumlegierung EN AW-7075-T651
- 5.1.2 Vergütungsstahl 34CrNiMo6
- 5.2 Schwellenwertermittlung bei räumlicher Mixed-Mode-Beanspruchung
- 5.2.1 Versuchsaufbau und -durchführung
- 5.2.2 Schwellenwerte bei Mixed-Mode-Beanspruchung: Darstellung und Interpretation
- 5.2.3 Gegenüberstellung der Kriterien zur Vorhersage der Rissausbreitungsrichtung
- 5.3 Risswachstum bei Belastungsrichtungsänderungen
- 5.3.1 Beschreibung der Versuchsreihen
- 5.3.2 Belastungsrichtungsänderung bei konstanter zyklischer Kraftamplitude
- 5.3.3 Belastungsrichtungsänderung bei konstantem zyklischen Vergleichsspannungsintensitätsfaktor
- 5.3.4 Bewertung des Risswachstums infolge Belastungsrichtungsänderungen
- 5.4 Risswachstum bei Beanspruchungsniveauänderungen
- 5.4.1 Einfluss von Mode I-Mode III-Blocklasten auf ein Mode I-Grundlastniveau
- 5.4.2 Einfluss von Mode I-Mode II-Blocklasten auf ein Mode II-Grundlastniveau
- 5.4.3 Einfluss von Mode I-Mode III-Blocklasten auf ein Mode III-Grundlastniveau
- 5.4.4 Bewertung des Risswachstums infolge Beanspruchungsniveauänderungen
- 5.5 Rissfrontsegmentierung bei Mode I-Mode III-Beanspruchungen
- 5.5.1 Definition charakteristischer Größen
- 5.5.2 Facettenquantifizierung
- 5.6 Einfluss des R-Verhältnisses auf das Rissabknickverhalten bei ebener Mixed-Mode- Beanspruchung
- 5.6.1 Versuchsaufbau und -durchführung
- 5.6.2 Rissabknickverhalten bei positiven und negativen R-Verhältnissen
- 94–104 6 Ermüdungsrissverhalten bei nicht-proportionaler Mixed-Mode-Beanspruchung 94–104
- 6.1 Vorrichtungskonzept zur Realisierung von nicht-proportionalen Mixed-Mode- Beanspruchungen
- 6.2 Risswachstum bei nicht-proportionaler Mixed-Mode-Beanspruchung
- 105–108 7 Zusammenfassung und Fazit für die praktische Anwendung 105–108
- 7.1 Zusammenfassung der Einzelergebnisse
- 7.2 Anwendung auf Bauteile und Strukturen
- 109–112 Anhang 109–112
- 113–126 Literaturverzeichnis 113–126
