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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Probendicke auf den Spannungszustand vor der Rissspitze quantifiziert. Je kleiner die Probendicke im
Vergleich zu anderen Abmessungen, umso stärker nimmt der out-of-plane Constraint ab. Die verstärkte
Neigung des Risses zum Auswandern mit der Abnahme des out-of-plane Constraints konnte bereits in
[HEY04], [AND05] und [INS99] gezeigt werden. Die numerische Untersuchung des RA wird im
nächsten Abschnitt durchgeführt.
a 1
a 2
σ gy
σ i,c
Großzugproben DE(T)
σ max
ε gy
ε i,c
ε max
CTOD i,c
Stahl
Temp.
[°C] [mm] [mm] [MPa] [MPa] [MPa] [%] [%] [%] [mm] [N/mm]
RA Bruchart
[mm]
20° 30.5 28.5 385 404 418 0.68 0.77 1.52 0.394 173 1.5 ja duktil
EH36-15I
20°
-50°
25.5
27.5
27.5
27.5
357
-
403
280
426
-
0.69 0.79 1.37
- 0.47 -
0.374
0.159
163
48
1.5
-
ja
nein
duktil
spröde
-40° 25.5 27.5 - 348 - - 0.52 - 0.216 78 - nein spröde
20° 28.0 28.5 340 350 400 0.54 0.55 0.84 0.299 120 2 ja duktil
EH36-15F
20°
-40°
27.8
24.5
24.8
27.8
330
-
160
302
391
-
0.54 0.37 0.78
- 0.34 -
0.094
0.136
34
54
-
-
ja
nein
duktil
spröde
-40° 27.5 27.8 - 331 - - 0.41 - 0.200 65 - nein spröde
20° 28.5 29.5 372 391 406 0.51 0.66 1.61 0.776 265 1 ja duktil
EH36-20I
20°
-50°
26.0
25.3
27.5
28.0
364
-
384
195
400
-
0.49 0.57 0.98
- 0.45 -
0.475
0.101
165
23
1
-
ja
nein
duktil
spröde
-40° 28.0 27.0 - 320 - - 0.53 - 0.253 60 - nein spröde
20° 24.5 28.0 651 489 716 0.86 0.72 1.08 0.330 141 2 ja duktil
RQT701-20I
20°
-60°
28.0
27.3
26.0
26.3
682
-
340
282
740
-
0.99 0.67 1.20
- 0.64 -
0.253
0.173
77
51
-
-
nein
nein
duktil
spröde
-50° 27.5 27.0 - 297 - - 0.65 - 0.239 57 - nein spröde
Tabelle 5.11: Ergebnisse der Versuche an den Großzugproben
Das FE Modell der DE(T) Probe, das der numerischen Berechnung mit dem Schädigungsmodell
zugrunde liegt, ist in Bild 5.51 dargestellt. Um die Rechnerzeit zu verkürzen wird ein vereinfachtes
Modell verwendet, bei dem die Symmetrien in allen drei Richtungen (Längs-, Breiten- und
Dickenrichtung) ausgenutzt werden. Eine weitere Vereinfachung bezieht sich wie bei
Bruchmechanikproben auf die Betrachtung von nur 2 Werkstoffphasen (Grundwerkstoff und
Schweißgut). Das 3D FE-Netz besteht aus 15500 bis 17500 8-knotigen Kontinuumselementen
(Elementtyp C3D8) ohne reduzierte Integration.
Analog zu den Schädigungsberechnungen für die gekerbten Rundzugproben und die
Bruchmechanikproben wird auch für die DE(T) Proben ein konstanter Wert für die kritische Porosität fc
eingesetzt. Unter Berücksichtigung des Abfalls der Mehrachsigkeit von der Bruchmechanik- zu der
DE(T) Probe um 8-10% wird der Parameter fc bei einer Mehrachsigkeit von h=1.8 gewählt. Die
numerischen Voruntersuchungen des Spannungszustandes an den DE(T) Proben zeigen, dass das
Niveau der Mehrachsigkeit vor der Rissspitze diesen Wert bis zur Initiierung nicht überschreitet.
Das experimentelle Last-Verformungsverhalten („Exp. V1“ und „Exp. V2 „) der Großzugproben mit
der HLSV des Stahls EH36-15I kann mit dem numerischen Modell („GTN“) gut wiedergegeben
werden, s. Bild 5.52. Die Lasten, bei denen der Riss im numerischen und experimentellen Modell
initiiert, werden mit den Pfeilen im Last-Verformungs-Diagramm eingetragen. Außerdem kann der
Potentialverlauf („Pot. V1) für den ersten Versuch mit der zugehörigen Steigungsänderung zur
Bestimmung der duktilen Initiierung aus dem Diagramm entnommen werden.
J i,c
∆a RA
105