Grundlagen der Bruchmechanik

Die Bruchmechanik als Lehre und Wissenschaft der Vorgange beim Brechen und Trennen von Festkorpern in zwei oder mehrere Teile kombiniert analytische und experimentelle Methoden und Verfahren aus der Materialtechnologie, der angewandten Mechanik und dem Ingenieurwesen. Die Ingenieurwissenschaft tragt zur Last- und Spannungsanalyse bei, die angewandte Mechanik liefert die Span nungsverteilung an der RiBspitze sowie die elastischen und plastischen Defor mationsanteile des Materials in der Umgebung der RiBspitze, und die Material technologie befaBt sich mit dem Bruchvorgang im mikrostrukturellen und ato maren Bereich. Diese Vernetzung verschiedener Wissensgebiete tragt einerseits zur Komplexitat der Bruchforschung bei; andererseits liegt gerade in der interdisziplinaren Wechselwirkung und konstruktiven Synthese der Grund fUr die besondere Attraktivitat des heute hochaktuellen Forschungsgebietes der Bruchmechanik. Der Grund fUr den auBerordentlich raschen Aufschwung der Bruchmechanik in den letzten beiden Jahrzehnten ist vor allem in ihrer groBen praktischen Bedeutung fUr die Festigkeitslehre zu suchen. Die Kumulation von katastrophalen Schaden im Flugzeug-, Schiff-, Reaktor- und BrUckenbau infolge Sprodbruchausbreitung bewirkte vor allem in USA in den vergangenen drei Jahrzehnten ein standig wachsendes Interesse an der Erforschung und am Verstandnis der dem Bruchvor gang zugrundeliegenden physikalischen Prozesse. Dabei entwickelte sich eine neue Disziplin - die Bruchmechanik -, welche groBe Teile der klassischen Fach gebiete Mechanik, Physik, Metallurgie und Ingenieurwesen umfaBt und in sich vereinigt.

Inhalt
Historische Aspekte der Bruchmechanik.- 1. Historische Entwicklung der Bruchmechanik.- 2. Stellung und Aufgaben der Bruchmechanik.- 3. Das Ingenieur-Problem.- 4. Vorgangsweise in der Bruchmechanik.- Grundlagen der Ingenieur-Bruchmechanik.- 1. Spannungsanalyse an Rissen.- 1.1. Bruchbeanspruchungsarten.- 1.2. Das elastische Spannungsfeld eines Risses.- 1.3. Ermittlung der Spannungsintensitätsfaktoren.- 1.3.1. Elementare Spannungsintensitätsfaktoren.- 1.3.2. Einfluß der endlichen Probengeometrie.- 1.3.3. Methode der Green'sehen Funktionen.- 1.3.4. Superposition von Spannungsintensitäts- faktoren.- 1.3.5. Elliptische Risse.- 1.3.6. Kreisrisse in Zugstäben.- 1.3.7. Spannungsintensitätsfaktoren bei der Plattenbiegung.- 2. Die plastische Zone an der Rißspitze.- 3. Die Bruchzähigkeit KC.- 4. Energieumsetzung beim Bruch.- 4.1. Das Griffith'sche Kriterium.- 4.2. Das Irwin-Konzept: die Rißausbreitungskraft G.- 4.3. Der Zusammenhang vonG mit dem Spannungsintensitäts- faktorK.- 5. Das J-Integra1.- 6. Die Rißwiderstandskurve.- 7. Das C(T)OD-Kriterium.- 8. Bruchkriterien bei gemischter Beanspruchungsart.- Messung Bruchmechänischer Kennwerte.- 1. Einleitung.- 2. Grunderscheinungen der Rißausbreitung.- I. Unterkritische Rißausbreitung.- II. Stabile Rißausbreitung bei stetig zunehmender Belastung.- III. Instabile Rißausbreitung.- 3. KIc-Ermittlung.- 4. Die JIC-Ermittlung.- 5. Der Reißmodul (tearing-modul).- 6. Ermittlung kritischer Werte der Rißaufweitung an der Rißspitze.- Anwendung der Bruchmechanik Im Maschinenbau.- 1. Einleitung.- 2. Nachweis der plastischen Verformbarkeit mit Hilfe der Stufenfolge der Sprödbruchprüfungen.- 2.1. Statistisch gestützte Verfahren die Kerbschlag- Prüfungen.- 2.2. FalIgewichtsprüfung (Grenzwertverfahren).- 2.3. Angepaßte Prüfungen: Großplattenversuche.- 3. Quantitative Verfahren: Anwendungen der Bruchmechanik.- 3.1. Werkstoffeigenschaften.- 3.1.1. Linear elastische Bruchmechanik.- 3.1.2. Elastoplastische Kennwerte.- 4. Zur Anwendung linear elastischer und elastoplastischer bruchmechanischer Verfahren.- 4.1. Linear elastisches Bruchverhai ten.- 4.2. Elastoplastisches Bruchverhai ten.- 5. Einige Aspekte der Spannungsermittlung.- 6. Anmerkungen zur nichtzerstörenden Fehlerprüfung.- Anwendung der Bruchmechanik Auf Probleme der Ermüdung I.- 1. Allgemeiner Zusammenhang zwischen Rißausbreitung und Spannungsintensität.- 2. Einfluß des Spannungsverhältnisses auf die Riß- geschwindigkeit.- 3. Einfluß des Werkstoffs auf die Rißgeschwindigkeit.- 4. Rißausbreitungsmechanismen.- 5. Rißausbreitung bei nicht-einstufiger Beanspruchung.- Anwendung der Bruchmechanik Auf Probleme der Ermüdung II.- 1. Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Lebensdauer- ermittlung.- 2. Lebensdauerberechnung bei der Einstufenbeanspruchung.- 3. Lebensdauerberechnung bei nicht-einstufiger Beanspruchung.- 4. Praktische Anwendung.- 5. Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensdauer angerissener Bauteile.- Erscheinungsformen Von Brüchen Metallischer Werkstoffe.- 1. Gewaltbruch.- 1.1. Spaltbruch.- 1.2. Quasispaltbruch oder Rosettenbruch.- 1.3. Duktiler Bruch.- 1.4. Korngrenzenbruch.- 2. Schwingungsbruch.- 3. Kriechbruch.- 4. Schadensanalyse.- Die Anwendung der Methode der Finiten Elemente In der Bruchmechanik.- 1. Einleitung.- 2. Das Spannungs- und Verschiebungsfeld in der unmittelbaren Nähe der Rißspitze.- 3. Die Anwendung verschiedener Elementtypen in der Bruch- mechanik.- 3.1. Konventionelle Elemente.- 3.2. Spezielle Bruchmechanikelemente.- 3.3. Spezielle Anwendung.- 4. Elasto-plastische Rißprobleme.- 5. Energetische Methoden.- 5.1. Linienintegrale.- 5.2. Verfahren der Energievariation.- 6. Abschließende Bemerkung.- Anwendung Optischer Methoden Zur Bestimmung Von Spannungs- Intensitätsfaktoren.- 1. Photoelastische Methoden.- 1.1. Ebene statische Spannungsoptik.- 1.2. Ebene dynamische Spannungsoptik.- 1.3. Bestimmung des Spannungsintensitätsfaktors aus Isochromaten.- 1.3.1. Die 2-Parameter Methode.- 1.3.2. Die Vielpunkt-Methode.- 1.4. Räumliche Spannungsoptik.- 1.5. Spannungsoptisches Oberflächenschichtverfahren.- 1.6. Methode der Isoklinen.- 1.7. K-Wertberechnung aus Äquidensiten.- 1.8. Bestimmung des K-Wertes aus Isopachen.- 2. Moiré-Verfahren.- 3. Kaustik-Methode.- Bruchdynamik Laufender Und Arretierender Risse.- 1. Einleitung.- 1.1. Zweck von Rißarrestuntersuchungen.- 1.2. Maßnahmen zur Rißinitiierung.- 2. Das Verhalten schnell laufender Risse.- 2.1. Das Spannungsfeld an der Spitze eines laufenden Risses.- 2.2. Die dynamische Bruchzähigkeit KID. eines laufenden Risses.- 3. Rißarrestproben und deren Belastung.- 3.1. Einige Testproben und Spannungsintensitäts- faktor-Beziehungen.- 3.2. Belastungsart.- 4. Statische und dynamische Rißarrestmeßvorschrift.- 4.1. Statisches Rißarrest-Konzept.- 4.2. Dynamisches Rißarrest-Konzept.- 4.2.1. Kritik an dem statischen Rißarrest-Konzept.- 4.2.2. Minimalbruchzähigkeit KIm. und Referenz- kurven-Konzept.- 5. Modell Untersuchungen zur Mechanik des Rißarrestvorgangs.- 5.1. Das schattenoptische Kaustikenverfahren.- 5.2. Einfluß dynamischer Effekte auf den Rißarrestvorgang.- 6. Auswirkungen dynamischer Effekte bei Rißarrestsicherheits- analysen.- Möglichkeiten Und Grenzen der Bruchmechanik.- 1. Einleitung.- 2. Möglichkeiten.- 3. Grenzen.- 4. Schlußbemerkung.- Fachwörterverzeichnis Für die Bruchmechanik (Englisch-Deutsch).- Namenverzeichnis.