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| KENNWERTE ERMITTELN |
Kerbschlag-Biegeversuche, Charpy-Versuche
Seit mehr als einem Jahrhundert wird der Kerbschlag-Biegeversuch
oder
nach einem seiner Erfinder Charpy-Versuch in der Industrie als
ein
Abnahmeversuch zur Bestimmung der Schlagzähigkeit eines
Materials
eingesetzt. Die ursprüngliche Kenngröße ist
dabei die beim Durchschlagen
einer gekerbten Probe mit 80 mm2 Nettoquerschnitt verbrauchte
Arbeit.
Trägt man diese Arbeit über der Prüftemperatur
auf, so findet man bei vielen
Stählen bei tiefen Temperaturen niedrige Werte, die in
einem Übergangs Temperaturbereich mit der Temperatur steil ansteigen und in
der „Zähigkeits-
Hochlage" meist einen temperaturunabhängigen Sättigungswert
erreichen.
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Für die
Sicherheit eines Bauteils ist es
wichtig, dass die Betriebstemperatur
immer ausreichend hoch ist. Das Auseinanderbrechen von amerikanischen
LibertySchiffen bei Operationen im kalten
Nordatlantik während des zweiten Weltkrieges konnte nachträglich mit der Nichtbeachtung dieser Bedingung erklärt werden.
Mit der Entwicklung der modernen Finite Elemente Techniken
und vor allem der Schädigungsmechanik wurde es möglich,
wesentlich mehr Informationen über den |
Werkstoff aus dem (instrumentiert durchgeführten) Charpy-Versuch
zu
gewinnen. So ist esbeispielsweise möglich geworden, aus
der Simulation
des Charpy-Versuchs (dynamische) Spannungs-Dehnungskurven sowie
Schädigungsparameter für duktilen und spröden
Bruch zu gewinnen.
Daraus wiederum lassen sich Risswiderstandskurven und Bruchzähigkeitswerte abschätzen. |
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Das Bild zeigt aus einer solchen Studie den zeitlichen Verlauf
der von Mises Vergleichsspannung während des Schlagvorgangs
(linke Seite), zusammen
mit der Entwicklung der vom Hammer auf die Probe ausgeübten
Kraft im
Vergleich zur gemessenen (rechte Seite). Es wurde ein Viertel der
Probe
modelliert, der Blick geht auf die Probenmittenebene und das (in
der
Realität nicht sichtbare) Ligament. In der Simulation wurde
duktile
Schädigung mit Hilfe des Gurson Modells berücksichtigt.
Man erkennt zu
Beginn der Simulation während des steilen überwiegend
elastischen
Kraftanstiegs in der Mitte des Ligaments einen Bereich mit sehr
kleinen
Spannungen (blaue Farbe). Gegen Ende des Schlagvorgangs verschwinden
die Spannungen am Kerbgrund, denn es breitet sich ein Riss daumennagelförmig in das Probeninnere ausbreitet.
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