Bruchmechanik

Question 1

Nenne zwei kerbempfindiche und zwei kerbunempfindliche Werkstoffe (bei Raumtemperatur).

Answer 1

Kerbempfindlich: Beton, Glas
Kerbunempfindlich: Stahl, Aluminium

Question 2

Nennen Sie genau drei Einflussfaktoren, die die Bruchzähligkeit von Baustoffen beeinflussen.

Answer 2

1. Zusammensetzung und Mikrostruktur
2. Verformungszustand, z.B. vorangegangene Kaltverformung
3. Temperatur

Question 3

Berechnen Sie die Bruchkräfte zweier Probekörper (ungekerbt, gekerbt), unter der Bedingung, dass das Dickenkriterium erfüllt ist.

Answer 3

1. Ungekerbte Probe: Fmax = A * δ
   Maximale Last liegt bei Fmax
2. Gekerbte Probe
   - Festigkeitskriterium: Fmax = Anetto * δ
   - Bruchmechanikkriterium: Fmax = Abrutto * δc
   Maßgebend, welcher Wert geringer ist (in der Regel das bruchmechanische Kriterium)

δ: Zugestigkeit
A: Querschnittsfläche (bei Zylinder über π*r²)

Question 4

Handelt es sich bei dem untersuchten Material um einen spröden oder einen duktilen Werkstoff?
Ungekerbte Probe: 17kN
Gekerbte Probe: 4kN Bruchkraft

Answer 4

• das Material versagt infolge des Spannungshochs an der Kerbe
• die Bruchkraft der gekerbten Probe ist daher trotz gleichen Nettoquerschnitts deutlich geringer, als die der ungekerbten Probe
• > spröder Werkstoff

Question 5

Wie lautet die Formel für das Festigkeitskriterium?

Answer 5

Fmax = ßz * Anetto

ßz: Zentrische Zugfestigkeit
Anetto: Netto-Querschnittsfläche der gekerbten Probe

Kerbe verkleinert die Breite der Fläche

Question 6

Wie lautet die Formel für das Bruchmechanik-Kriterium?

Answer 6

Fmax = Kic / ((πc)^1/2 * F2) * Abrutto

Question 7

An welchem Probekörpertypen wird die zentrische Zugfestigkeit bestimmt, wenn es sich bei dem Material um Glas handelt?

Answer 7

• zentrische Zugfestigkeit wird an der ungekerbten Probe ermittelt, da sich dort die Spannung gleichmäßig über den Querschnitt verteilt
• Glas ist ein spröder Werkstoff —> sehr kerbempfindlich
• Zugfestigkeit der gekerbten Probe ist daher deutlich niedriger als die der ungekerbten Probe

Question 8

Wie lautet die Formel der Zugfestigkeit?

Answer 8

δ = F/A

F: Bruchkraft der ungekerbten Probe
A: Ungekerbte Querschnittsfläche

Question 9

Wie lautet die Formel für die zentrische Zugfestigkeit?

Answer 9

δ = F/(B/2*D)

F: Bruchkraft der ungekerbten Probe
B: Breite der Probe
D: Tiefe der Probe

Question 10

Handelt es sich bei den Werkstoffen um einen kerbempfindlichen oder um einen kerbunempfindlichen Werkstoff?

Answer 10

• Vergleich der Zugfestigkeit für die gekerbte und die der ungekerbten Probe
  
  • > Ähnliche Zugfestigkeiten: Nicht kerbempfindlicher Werkstoff
  • > Unterschiedlich: Kerpempfindlicher Werkstoff

Question 11

Zeichne einen Schubbruch, Trennbruch und einen Einschnürbruch.

Answer 11

Question 12

Für welche Werte der Kerbtiefe ist das bruchmechanische Kriterium maßgebend?

Answer 12

Oberhalb von c = 5mm

Question 13

Für welche Werte der Kerbtiefe ist das Festigkeitskriterium maßgebend?

Answer 13

Zwischen c = 0 und c = 5mm