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ASTM E647: Ermittlung des Risswachstums da/dN und des Schwellwerts ΔKth

Bereich I und II der Risswachstumskurve

Das Erm├╝dungsrisswachstum da/dN und der Schwellwert ╬öKth nach ASTM E647 sind Werkstoffkennwerte der Bruchmechanik und werden bei zyklischer Belastung mit konstanter Amplitude ermittelt. 

Risswachstumskurve

Das Risswachstum eines Materials wird in der Risswachstumskurve beschrieben. Diese Kurve wird in drei Bereiche unterteilt:

Die ASTM E647 befasst sich mit den Bereichen I und II der Risswachstumskurve

Die ASTM E647 zur Ermittlung des Schwellwerts ╬öKth und des Erm├╝dungsrisswachstums da/dN befasst sich mit den Bereichen I und II der Risswachstumskurve. Das Risswachstum nach ASTM E647 wird haupts├Ąchlich bei duktilen Werkstoffen bestimmt. Hierbei wird zwischen der Bestimmung des Schwellwerts ╬öKth (Bereich I) und des Erm├╝dungsrisswachstums da/dN (Bereich II) unterschieden.

Bestimmung des Schwellwerts ΔKth (Bereich I)

Zur Ermittlung des Kennwerts ╬öKth wird die Probe zu Beginn der Pr├╝fung mit Lasten im Bereich der Anrisserzeugung oder h├Âher belastet. Die Geschwindigkeit des Risswachstums wird immer mehr verlangsamt, indem die Lastamplitude immer weiter reduziert wird. Zu Beginn w├Ąchst der Riss relativ schnell, am Ende der Pr├╝fung verlangsamt sich das Risswachstum immer weiter bis der Riss stoppt bzw. mindestens eine Rissgeschwindigkeit da/dN von 10-7 mm/Lastwechsel erreicht wird. Ist dieser Punkt erreicht, kann der ╬öKth bestimmt werden. Mit dieser Methode k├Ânnen der Schwellwert ╬öKth (Bereich I) und die Paris-Gerade (Bereich II) bestimmt werden.

F├╝r die Schwellwertbestimmung werden in der Norm ASTM E647 zwei Verfahren beschrieben:

a) Bei konstantem Spannungsverh├Ąltnis R

Mit den Methoden mit konstantem Spannungsverh├Ąltnis werden zur Verminderung der zyklischen Spannungsintensit├Ąt sowohl die maximale als auch die minimale Spannungsintensit├Ąt abgesenkt.

Um Verz├Âgerungseffekte durch die Reduktion der Last mit zunehmender Rissl├Ąnge zu vermeiden, m├╝ssen die Inkremente angemessen gew├Ąhlt werden. Die ASTM E647 l├Ąsst sowohl eine stufenweise als auch eine kontinuierliche Absenkung zu. Bei einer stufenweisen Absenkung sind innerhalb eines Inkrements die Kr├Ąfte (P) konstant. Dieses f├╝hrt dazu, dass die Spannungsintensit├Ąt aufgrund des wachsenden Risses kurzfristig ansteigt, bis die Last wieder abgesenkt wird. Deshalb ist gem├Ą├č ASTM E647 die Stufenh├Âhe 10% der jeweils h├Âheren Belastung nicht zu ├╝bersteigen bzw. hat die Breite der Stufen mindestens 0,5 mm zu betragen.

b) Pr├╝fung bei konstanter maximaler Spannungsintensit├Ąt

Neben den Verfahren, bei denen das R-Verh├Ąltnis konstant gehalten wird, ist in der ASTM E647 ein Verfahren mit konstantem maximalem Spannungsintensit├Ątsfaktor zul├Ąssig. Bei dieser Methode zur Thresholdbestimmung wird ausgehend von einem hohen zyklischen Spannungsintensit├Ątsfaktor die minimale Spannungsintensit├Ąt kontinuierlich angehoben, bis der Thresholdwert erreicht ist.

Bestimmung des Erm├╝dungsrisswachstums da/dN mittels Beibehaltung der Lastamplitude (Bereich II)

Um das stabile Risswachstum bestimmen zu k├Ânnen werden Fmax und Fmin w├Ąhrend der gesamten Versuchsdurchf├╝hrung konstant gehalten. Aufgrund des abnehmenden tragenden Querschnitts und der deshalb zunehmenden Spannungsintensit├Ąt an der Rissspitze beschleunigt sich der Rissfortschritt.

Bei dieser Untersuchung k├Ânnen die allgemeine Risswachstumskurve (Bereich II) und die Paris-Gerade bestimmt werden. Eine Ermittlung des Schwellwertes ╬öKth ist nicht m├Âglich.

Passende Produkte: Software

F├╝r testXpert Research existiert eine spezielle Pr├╝fvorschrift f├╝r die Ermittlung des Risswachstums im Bereich I und II nach ASTM E647.

Mit der Pr├╝fvorschrift kann sowohl das Anschwingen als auch die Ermittlung der Risswachstumskurve durchgef├╝hrt werden. 

Mit Hilfe unterschiedlicher Belastungsarten k├Ânnen die Kennwerte ╬öKth sowie die Paris-Gerade automatisch ermittelt werden.
 

Passende Produkte: Pr├╝fmaschinen

F├╝r bruchmechanische Untersuchungen stehen Pr├╝fmaschinen mit unterschiedlichen Antriebskonzepten f├╝r statischen Versuche, dynamischen Pr├╝fungen und zur Anrisserzeugung zur Verf├╝gung. 

Die Hochfrequenzpulsatoren k├Ânnen zur Anrisserzeugung und zur Durchf├╝hrung der Versuche nach ASTM E647 verwendet werden. Das Pr├╝fsystem beruht auf einem Feder-Masse-System, dass in einem Magnetfeld in Schwingung versetzt wird und so eine dynamische Last erzeugt. Eine statische Vorlast wird durch einen integrierten elektromechanischen Antrieb aufgebracht.
 

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