Benutzer:Troender/Artikelentwurf
Die Bezeichnung beschreibt, aufgrund von welcher Belastung im Sinne der Mohr-Coulombschen Annahmen sich ein Bruch öffnet. Die Bruchfläche dient als Referenz.
Einteilung
Die Einteilung erfolgt nach folgenden drei Kategorien:
- Mode I: Normalkraft senkrecht zur Bruchfläche
- Mode II: Schubkraft parallel zur Bruchfläche in Richtung der Bruchausdehnung
- Mode III: Schubkraft parallel zur Bruchfläche senkrecht zur Bruchausdehnung
Die Bruchmoden bzw. Bruchmodi dienen dazu, den Versagensbeginn zu charakterisieren, z. B. bei FVK.
von LEFM abgeleitet
Arten der Rissbeanspruchung
In der Bruchmechanik wird zwischen drei grundlegenden Beanspruchungsarten (Modi) unterschieden, durch die ein Riss beansprucht werden kann:
- Modus I: Beanspruchungen, die ein Öffnen der Rissflanken bewirken. Dies sind in der Regel alle Belastungen, die normal zur Rissfront wirken. Beispiele hierfür wären ein unter Zug- oder Biegebelastung stehendes Bauteil, bei dem der Riss senkrecht zur Normalspannung verläuft.
- Modus II: Beanspruchungen, die eine entgegengesetzte Verschiebung der Rissflanken in Rissausbreitungsrichtung hervorrufen, meist durch eine Schubbelastung hervorgerufen.
- Modus III: Beanspruchungen, die eine Verschiebung der Rissflanken quer zur Rissausbreitungsrichtung bewirken. Diese Beanspruchungsart taucht z. B. in Wellen auf, die unter Torsionsbeanspruchung stehen und bei denen ein Riss senkrecht zur Wellenachse verläuft.
Treten alle drei Modi zusammen an einer Rissfront auf, spricht man von einer Mixed-Mode-Beanspruchung. Mixed-Mode-Beanspruchungen können einerseits durch eine mehrachsige äußere Belastung des Bauteils hervorgerufen werden. Aber auch bei einer einachsigen Belastung kann sich ein Mixed-Mode-Zustand an der Rissfront einstellen, wenn diese nämlich unter einem beliebigen, nicht orthogonalen Winkel zur Achse der Hauptnormalspannung steht.
Anwendungen
Delaminationskriterien
Als Delamination bezeichnet man die Trennung zweier Schichten in einem geschichteten Faser-Kunststoff-Verbund. Die Delamination kann als Sonderfall des Zwischenfaserbruchs angesehen werden. Die Einteilung orientiert sich stark an der Bruchmechanik und teilt die zum Versagen führenden Belastungen entsprechend in drei Kategorien ein:
- Normalbelastung auf Schichtebene (Mode I)
- Schubbelastung in der Schichtebene, parallel zu der Faserorientierung (Mode II)
- Schubbelastung in der Schichtebene, senkrecht zu der Faserorientierung (Mode III).
Die Belastungen treten im realen Bauteil nicht in Reinform auf. Dementsprechend orientiert sich die Versuchstechnik zur Charakterisierung des Delaminationsverhaltens neben den reinen Belastungen auch an deren Kombinationen:
- Mode I geprüft durch DCB (double cantilever beam)
- Mode II geprüft durch ENF (end notch fixture)
- Mode I+II geprüft durch MMFR (mixed mode fixed ratio).
Literatur
- T. L. Anderson: Fracture Mechanics; Fundamentals and Applications. CRC Press, Boca Raton 2004, ISBN 978-0849316562.
- D. Gross, Th. Seelig: Bruchmechanik mit einer Einführung in die Mikromechanik. 4. Aufl., Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-37113-7.
- A. Puck: Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten. Hanser, 1996. ISBN 3-446-18194-6, kostenloser Download des Buchs als pdf
- M. Knops: Analysis of Failure in Fibre Polymer Laminates -- The Theory of Alfred Puck. Springer, 2008. ISBN 978-3-540-75764-1
- Hashin
- S. Tsai, E. Wu
Weblinks
- Plastizität und Bruchmechanik (abgerufen am 13. September 2018)
- Mikroskopbilder von geschädigten Faser-Kunststoff-Verbunden [1]
