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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Das Risswiderstandsverhalten des GW wird sowohl mit der Mehrproben- als auch der Compliance-
Methode ermittelt, s. Bild 5.37. Im Vergleich zu Versuchsergebnissen liefert die
Schädigungsberechnung mit dem 2D Modell deutlich kleinere Initiierungs- und Risswiderstandswerte.
Mit dem 3D Modell kann der experimentelle Initiierungswert Ji=202N/mm gut abgeschätzt werden.
Der weitere Risswiderstandsverlauf ist mit dem 3D Modell aufgrund der Konvergenzprobleme für
∆a>0.3mm nicht zu bestimmen. Der Abfall der numerischen Last-Aufweitungskurve zeigt aber, dass
auch das 3D Modell mit weiterem Rissfortschritt zu einer viel zu flachen Risswiderstandskurve führen
würde. Anders als für die HLSV der Stähle EH36-15 und EH36-20 wird mit dem 3D Modell ein
höherer Initiierungswert bestimmt als mit dem 2D Modell. Der Grund dafür ist, dass die Initiierung bei
dem GW des Stahls RQT701-20 in der Probenmitte auftritt und somit primär über die hohe
Mehrachsigkeit gesteuert wird. Da die Dehnungsbehinderung im 2D Modell etwas höher als in der
Probenmitte des 3D Modells ist, wird die Initiierung im 2D Modell früher erreicht. Dieses Verhalten
kann für den GW der Stähle EH36-15 und EH36-20 beobachtet werden. Wie stark der Unterschied
zwischen dem 2D und 3D Modell bei der Rissinitiierung in der Probenmitte ist, hängt vor allem von
dem Verfestigungsverhalten des untersuchten Stahls ab. Bei der Initiierung des Risses am freien
Probenrand wie für die HLSV der Stähle EH36-15 und EH36-20 spielt neben der hohen
Mehrachsigkeit, die geringer als in der Probenmitte ist, auch die Entwicklung der plastischen Zonen
eine wesentliche Rolle. Durch die zunehmende Plastifizierung ist auch der Anteil der sekundären
Hohlräume an dem Schädigungsprozess größer als in der Probenmitte. Aus diesen Gründen initiiert der
Riss am freien Rand bei einer niedrigeren Rissspitzenbelastung als bei dem 2D Modell, falls die
kritische Porosität für die beiden Modelle die gleiche ist.
Kraft F [kN]
92
60
50
40
30
20
10
0
Exp.
GTN 2D-01
GTN 3D-01
RQT701-20F, GW
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Aufweitung U v [mm]
J-Integral [N/mm]
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Exp.
GTN 2D-01
GTN 3D-01
Bild 5.37: Last-Aufweitungs- und Risswiderstandskurve für RQT701-20F, GW
RQT701-20F, GW
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Risswachstum ∆a [mm]
Der Vergleich zwischen der Numerik und den Versuchen für den GW des Stahls RQT701-20 zeigt,
dass der Risswiderstand besonders mit dem 2D Modell stark unterschätzt wird. Eine mögliche Ursache
für diese Unterschätzung ist in den stark streuenden Werkstoffeigenschaften der gelieferten Stähle
zurückzuführen, s. Kap. 5.1.5.