Bruchmechanik

Die Bruchmechanik befasst sich mit dem Versagen rissbehafteter Bauteile bzw. der Ausbreitung von Rissen unter statischen und dynamischen Belastungen. Sie beinhaltet Elemente der Werkstoffkunde, der Elastomechanik und der Plastomechanik.

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Geschichte

In den 30er und 40er Jahren des 20. Jahrhunderts kam es zu einer Häufung von katastrophalen Schäden durch Sprödbruch an großen geschweißten Stahlkonstruktionen, wie Schiffen und Brücken. Aus der Untersuchung dieser Schäden entwickelte sich eine eigenständige Fachrichtung, deren Gegenstand das Verhalten rissbehafteter Körper ist. Die Bruchmechanik erlebte insbesondere im Zusammenhang mit der Auslegung kerntechnischer Komponenten in den 1970er Jahren einen rasche Weiterentwicklung.

Systematik

Allen bruchmechanischen Konzepten ist gemeinsam, dass eine bereits vorhandene Fehlstelle (Riss) im Bauteil unterstellt wird. Diese kann infolge des Herstellprozesses als Lunker, Einschluss, Spannungsriss o. ä. entstanden sein oder erst im Einsatz, z. B. bei zyklischer Beanspruchung gebildet werden. Ausgehend von Annahmen bzgl. der Geometrie und Beanspruchung dieser Fehlstelle, werden über ein Zähigkeitsmaß Bedingungen formuliert, unter denen es zu einem unzulässigen Risswachstum bis hin zum Bruch kommt. Die Aussagesicherheit der klassischen Festigkeitsrechnung soll somit erhöht werden. Folgende Bruchmechanikkonzepte sind bekannt:

• Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM, besonders für spröde Werkstoffe geeignet)
  • Nennspannungskonzept

• Fließbruchmechanik (FBM, besonders für duktile Werkstoffe geeignet)
  • CTOD-Konzept
  • J-Integral-Konzept

Literatur

• Anderson, T.L., Fracture Mechanics; Fundamentals and Applications, CRC Press, Boca Raton 1995
• Gross, D. und Seelig, Th., Bruchmechanik mit einer Einführung in die Mikromechanik, 4.Aufl., Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-37113-7

Siehe auch

• Risszähigkeit