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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Spalt ein instabiles Versagen. Das spröde Verhalten der HLSV mit dem schmalen Spalt im Gegensatz
zum Nullspalt ist auf das vorhandene Gefüge zurückzuführen, das durch härtere Ferritphasen (FSP und
Bainit) und die Abwesenheit des acicularen Ferrits gekennzeichnet wird, s. Bild 4.8.
Die experimentellen und numerischen Ergebnisse der bruchmechanischen Untersuchungen zur
Rissinitiierung sind in Tabelle 5.8 zusammengefasst. Die Indizes I und F stehen für die HLSV mit dem
Nullspalt und dem schmalen Spalt. Die Ergebnisse zeigen, dass in meisten Fällen eine gute
Abschätzung der experimentellen Rissinitiierung mit den ermittelten Schädigungsparametern
unabhängig von dem gewählten FE Modell (2D oder 3D) erzielt werden kann. Die höchste
Abweichung der numerischen (3D Modell) von den experimentellen Ergebnissen wird für den GW des
Stahls EH36-20 (Überschätzung von 28%) und SG des Stahls RQT701-20I (Unterschätzung von 24%)
bestimmt.
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Probentyp
C(T)
J i-Werte, GW
[N/mm]
Exp.
GTN
Exp.
GTN
2D 3D 2D 3D
S355 202 - 200.6 190.9 (I) - 189 (I)
EH36-15 93.9 108.9 108.8
EH36-20 118.7 129.9 151.8
73.6 (I)
101.7 (F)
123.6 (I)
139 (F)
93.4 (I)
79.8 (I)
90.6 (F)
153 (I) 118.4 (I)
RQT701-15 136.1 155.6 148.6 57.3 (I) 61.3 (I) -
RQT701-20 201.8 157.6 199.9
Tabelle 5.8: Ergebnisse der Bruchmechanikversuche
80.7 (I)
74.2 (F)
5.1.4 Anwendung des Kohäsivzonenmodells für den Stahl EH36-15I
J i-Werte, SG
[N/mm]
80.3 (I) 61.5 (I)
Angesichts der Abhängigkeit der numerischen Bestimmung des duktilen Bruchverhaltens von der
Vielzahl der erforderlichen Schädigungsparameter und vom verwendeten FE Modell wird die
Möglichkeit der Anwendung des Kohäsivzonenmodells zur Beschreibung des Risswiderstandes für den
GW und die HLSV des Stahls EH36-15I überprüft. Der Vorteil dieses Modells gegenüber dem GTN-
Modell liegt vor allem in der geringeren Anzahl der erforderlichen Parameter und der relativ einfachen
Methode für deren Ermittlung. Auf der anderen Seite ist eine detaillierte Analyse der
Schädigungsentwicklung mit dem Kohäsivzonenmodell kaum möglich, da ein Zusammenhang
zwischen den Kohäsivzonenparametern und der Mikrostruktur des untersuchten Werkstoffs nicht
gegeben ist.
Für die Simulation des duktilen Bruchverhaltens wird das vierparametrige Separationsgesetz nach
Scheider [SCH01] verwendet. Da der Riss im SG gerade verlaufen soll, wird nur die normale
Separation berücksichtigt. Die maximale Trennspannung T0 ergibt sich aus den Versuchen an den
gekerbten Rundzugproben, s. Abs. 5.1.2. Dabei werden die aus den elastisch-plastischen Berechnungen
resultierenden Last-Verformungskurven ohne Einbeziehung der Schädigung mit den entsprechenden