Entwicklung und Validierung eines FEM-basierten Rissfortschrittsmodells zur Beschreibung von Stützwirkung unter Kriechermüdungsbeanspruchung

Um die im praktischen Einsatz verbauten Materialien und deren Eigenschaften möglichst optimal ausnutzen zu können, ist es je nach Design-Philosophie notwendig, den Zeitpunkt des Versagens oder den Zeitpunkt des Entstehens erster Anrisse möglichst präzise vorausberechnen zu können.

In dieser Forschungsarbeit wird eine in solchen Berechnungsansätzen oft enthaltene Konservativität, die bruchmechanische Stützwirkung, genauer betrachtet, das Potential einer Berücksichtigung innerhalb der Anrisslebensdauerbewertung diskutiert und eine Möglichkeit aufgezeigt, dieses zukünftig im Rahmen entsprechender Berechnungen nutzen zu können.

Zunächst werden hierzu Ergebnisse eines systematisch durchgeführten experimentellen Programms an gekerbten Rundproben unter globaler Dehnungsregelung diskutiert. Diese, mit Hilfe speziell entwickelter Mess- und Auswerteverfahren, gewonnenen experimentellen Erkenntnisse bilden zugleich das Fundament, um ein bruchmechanisches, rechnerisches Bewertungskonzept zu entwickeln, welches es erlaubt, den Betrag der bruchmechanischen Stützwirkung vorauszuberechnen. Auf Basis relevanter Konzeptanforderungen wurde ein neuer energiebasierter Ansatz entwickelt, um die Rissspitzenbeanspruchung sogenannter mechanisch kurzer Risse für zyklisch elastisch-viskoplastische Kerbspannungsgradientenfelder rechnerisch bestimmen zu können. Der Vergleich der experimentell ermittelten Stützwirkung mit den Resultaten der Anwendung des entwickelten Konzepts zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. Zugleich liefert die Betrachtung der Detailergebnisse des neu entwickelten Bruchmechanikkonzepts einen Beitrag in Bezug auf aktuelle Fragestellungen auf dem Gebiet der zyklisch elastisch-plastischen und viskoplastischen Bruchmechanik.