....Voraussetzung für die Bruchmechanik: der rissartige Fehler

Bild 1: Bruchfläche an Stahlbaudetail

Für die bruchmechanische Berechnung ist es erforderlich, dass ein rissartiger Fehler angenommen wird. Solche rissartigen Fehler können, wie in Bild 1 dargestellt von der Oberfläche eines Stahlbaudetails durch Ermüdung in das Blech hineinwachsen. Bild 2 zeigt eine Riss, der sich ebenfalls durch Ermüdung von einem innenliegenden Lunker ausgebreitet hat.

Bild 2: Riss ausgehend von Lunker

Für die Berechung der Auswirkung eines Risses auf das Bauteilverahlten wird die lokale Rissspitzenbeanspruchung mit Hilfe der bruchmechanischen Parameter, Spannungsintensitätsfaktor K oder J-Integral berechnet. Dazu wird der Riss im Allgemeinen durch Ellipsoide, für innenliegende Risse, oder Halbellipsoide für außenliegende Risse angenähert. Vielfach finden sich auch Lösungen für durchgehende Fehler. 

 

Diesen Rissen werden dann geometrische Eigenschaften wie folgt zugeordnet:

 

Risstiefe: a (für die Halbachse, oder 2a für den gesamten Fehler)

Risslänge: c (für die andere Halbachse, oder 2c für den gesamten Fehler)

 

Bild 3 zeigt den elliptischen Fehler für innen und außen und die Abmessungen.

Wichtig bei dieser Fehlerart ist auch das Rissachsenverhältnis a/c welches wesentlich über die lokale Spannungsintensität entsheidet. So ist für a/c gegen 0 Ka zunehmend größer als Kc und umgelehrt.

 

Für den innenliegenden Fehler spielt auch der Abstand zur Oberfläche eine Rolle.

Bild 3: Fehlergeometrie