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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Mehrachsigkeitsniveau. Die reduzierte Spannungsmehrachsigkeit im GW liegenden Element an der
Schmelzlinie (SE(B)-GW, DE(T)-GW) für die SE(B) und DE(T) Probe reicht nicht mehr aus, um den
ähnlich beschleunigten Schädigungsprozess herbeizuführen. Kurz davor oder erst nach dem Erreichen
der kritischen Porosität wird der Anstieg der Schädigung aufgrund des Beschleunigungsfaktors κ
steiler, wobei die plastischen Dehnungen bis zum Erreichen der Schädigung fu* weiter zunehmen.
Der Einfluss der Probengeometrie und der Anfangsrisslage auf die numerische Rissintiierung wird in
Bild 5.66 (a) verdeutlicht. Das stabile Risswachstum beginnt für die SE(B) und DE(T) Proben bei einer
Rissspitzenbelastung von ca. 350N/mm, die um ca. 200N/mm höher ist als die Rissinitiierung für die
C(T) Probe. Der Grund für diese erhöhten Werte für die Rissinitiierung ist auf die zwei
konkurrierenden Schädigungsprozesse, die gleichzeitig im SG vor der Anfangsrissspitze und im GW an
der Schmelzlinie stattfinden, zurückzuführen. Außer in der Zone vor der Anfangsrissspitze entwickelt
sich die Schädigung ebenfalls im GW an der Schmelzlinie aufgrund der hohen Mehrachsigkeit, die eine
Teilentlastung der Anfangsrissspitze bewirkt s. Bild 5.65. Da die plastischen Dehnungen im GW nicht
so schnell ansteigen wie vor der Anfangsrissspitze und das erforderliche Niveau der Mehrachsigkeit für
die Initiierung im GW nicht vorliegt, beginnt das stabile Risswachstum für die SE(B) und DE(T)
Proben im SG und nicht im GW. Der positive Einfluss der Schädigungsentwicklung im GW bezüglich
des Risswiderstands ist, dass die Anfangsrissspitze im SG entlastet wird, so dass die Initiierung erst bei
lokalen plastischen Dehnungen höher als 20% auftritt. Aus dem Vergleich zwischen den numerischen
Initiierungswerten für die SE(B) Probe mit der Anfangsrisslage in der Schweißnahtmitte
(Ji=148N/mm), s. Bild 5.49, und 0.25mm von der Schmelzlinie entfernt (Ji=344N/mm), s. Bild 5.66
(a), wird diese positive Auswirkung der plastischen Zonen im GW noch deutlicher. Im Gegensatz zu
der SE(B) Probe nimmt die Rissinitiierung für die C(T) Probe mit der Verkleinerung des Abstands des
Anfangsrisses zur Schmelzlinie von y=0.5 (Ji=189N/mm) auf 0.25mm (Ji=141N/mm) ab. Dies liegt
daran, dass das hohe Niveau der Mehrachsigkeit im GW zu einer verstärkten Schädigung und somit zur
Rissinitiierung führt, bevor die positive Auswirkung der Entlastung der Anfangsrissspitze ausgenutzt
werden kann und sich der Schädigungsprozess wieder im SG konzentriert. Während die Rissinitiierung
in der DE(T) Probe durch die Schädigung eines Elementes in der Probenmitte gekennzeichnet ist,
korrespondiert der Rissbeginn in der SE(B) Probe mit der Schädigung aller Elemente in der
Dickenrichtung vor der Anfangsrissspitze. Demzufolge verläuft die Risswiderstandskurve für die
SE(B) flacher als für die DE(T) Probe und nähert sich dem Niveau des Risswiderstandes für die C(T)
Probe nach einer Risslänge von ∆a=0.25mm an.
Der Vergleich der Initiierungswerte für die C(T) Proben mit der HLSV in Bezug auf die der Lage des
Anfangsrisses (y=1.6, 0.5 und 0mm) zeigt, dass der höchste Wert von Ji=189N/mm bestimmt wird,
wenn der Abstand des Anfangsrisses zur Schmelzlinie y=0.5mm beträgt im Vergleich zu Ji=150N/mm
für y=1.6mm, s. Bild 5.66 (b). Analog zu dem Fall für SE(B) und DE(T) Probe ergibt sich bei dieser
Anfangsrisslage der optimale Spannungs- und Dehnungszustand im GW an der Schmelzlinie, der zum
Wert der Rissinitiierung führt.
Bei der Anfangsrisslage an der Schmelzlinie (y=0mm) bewirkt die hohe Mehrachsigkeit die Initiierung
im GW bereits bei kleiner Rissspitzenbelastung, so dass keine ausreichend große plastische Zone im
GW entwickelt werden kann, die zum Abfalls des Constraints vor der Rissspitze und somit zum
Anstieg des Risswiderstands wie bei y=0.5mm führen würde. Der Schädigungsprozess mit der
Entstehung des zweiten Risses, dem Rissfortschritt und anschließendem Rissauswandern, der zwischen
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