Grundlagen der Bruchmechanik

An Hand der linear-elastischen Gleichungen fur das Spannungsfeld in einem zugbelasteten Korper mit Ris und der Energiebedingungen fur die instabile Ausbreitung des Risses werden die Begriffe Spannungsintensitatsfaktor und Risausbreitungskraft abgeleitet. Bei Berucksichtigung der in wirklichen Korpern mit der Risausbreitung verbundenen plastischen Zone, bleiben die linearelastischen Beziehungen mit hinreichender Genauigkeit bestehen, wenn die Lange dieser Zone klein ist gegenuber der Rislange (ortlich plastisches Fliesen). Dann ist die Bruchzahigkeit eine Werkstoffkenngrose. Die nichtlinearen Erweiterungen dieser Beziehungen fur den teilplastischen Bereich ergeben, das bis zu einer mit der Rislange vergleichbaren Lange der plastischen Zone die kritische Risaufweitung ebenfalls einen Werkstoffkennwert darstellt. In allen diesen Fallen nimmt die Reisspannung mit zunehmender Rislange ab und liegt unterhalb des rund 0,7-fachen Wertes der Fliesgrenze bei fehlender Kerbwirkung (Bruch bei niedriger Spannung). Mit Annaherung an das vollplastische Fliesen werden diese Aussagen ungultig, die Reisspannung wird groser als diese Fliesgrenze und unabhangig von der Rislange. Zur Veranschaulichung dieser Zusammenhange werden Zahlenwerte der Grosen fur einen Druckbehalterstahl und fur einen Vergutungsstahl angegeben. —Die auf diesen Ergebnissen beruhenden Prinzipien der Bruchmechanik und des COS-Konzepts werden beschrieben. Dabei wird auf die plastische Instabilitat bei Druckgasrohren hingewiesen und erortert, wann bei den allgemeinen Baustahlen eine bruchmechanische Prufung uberhaupt erforderlich ist. Basis principles of fracture mechanics. Based upon the linearelastic equations for the stress field in a tension stressed body containing a crack and upon the energy condition for the unstable crack propagation the quantities stress intensity factor and crack extension force are derived. Taking into account the plastic zone combined with the crack propagation in real bodies the linear-elastic relations hold furthermore with a sufficient accuracy if the length of the plastic zone is small compared with the crack length (small scale yielding). Then the fracture toughness is a materials constant. The nonlinear extension of these equations for the partly plastic range exhibit that the critical crack opening stretch is likewise a materials constant up to a length of the plastic zone comparable with the crack length. In all these cases the fracture stress decreases with increasing crack length and has a value below about 0.7 times the yield stress under uniaxial tension (low stress fracture). Approaching to the fully plastic yielding these statements become invalid, the fracture stress is greater than the uniaxial yield stress and is independent of the crack length. To obtain a perceptible picture of these statements the numerical values of the quantities are presented for a pressure vessel steel and for a heat-treatable steel. —The principles of the fracture mechanics and of the COS-concept are described. In this connection the plastic instability of pressure gas pipelines are mentioned and furthermore it is discussed if it is necessary – at all – to examine the structural steels with the methods of the fracture mechanics.