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6. Analyse des Bruchverhaltens in der Tieflage und im Übergangsbereich
tiefem Riss würde zu einer konservativen Abschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit für die Proben
mit kurzem Riss führen.
Die Modellierung des Spaltbruchversagens wird mit dem Beremin-Modell für die Stähle EH36-15I
(HLSV), EH36-20I (HLSV) und RQT701-15I (GW und HLSV) durchgeführt. Die
Versagenswahrscheinlichkeit in der Tieflage und im Übergangsbereich wird sowohl mit dem
ursprünglichen (temperaturunabhängige Parameter) als auch mit dem modifizierten (lineare
Abhängigkeit der Weibullreferenzspannung von der Temperatur) Beremin-Modell bestimmt. Im
unteren Übergangsbereich ist eine bessere Abschätzung des instabilen Versagens mit dem
modifizierten als mit dem ursprünglichen Beremin-Modell möglich. Im oberen Übergangsbereich
werden aber auch mit dem modifiziertem Beremin-Modell alle Versagensgrenzen deutlich unterschätzt.
Mit einer weiteren Modifizierung des Beremin-Modells basierend auf dem Arrhenius Gesetz, mit dem
die Zunahme der Versagenswahrscheinlichkeit durch die erleichterte Versetzungsbewegung bei
steigenden Temperaturen beschrieben wird, kann eine verbesserte Prognose der Instabilität auch im
oberen Übergangsbereich erzielt werden.
Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen mit dem Beremin-Modell wird deutlich, dass sich
dieses Modell in seiner ursprünglichen Form zur Beschreibung des Spaltbruchverhaltens von HLSV
nicht eignet. Um die Mechanismen des Spaltbruchs (z.B. plastische Abschirmung, Arrest und
Abstumpfung der Mikrorisse) mit zunehmender Temperatur genauer erfassen zu können, ist eine
Modifikation des ursprünglichen Modells notwendig. Wie die Ergebnisse zeigen, ist allerdings der hier
angewendete Ansatz, mit dem die lineare Abhängigkeit des Weibullparameters σu angenommen wird,
besonders im oberen Übergangsbereich stark begrenzt. Eine exponentielle Abhängigkeit des
Parameters σu nach dem Arrhenius Gesetz liefert zwar bessere Vorhersagen des Spaltbruchversagens
allerdings mit dem Nachteil, dass eine Vielzahl von Bruchmechanikproben zur statistischen
Absicherung der zusätzlichen Parameter bei unterschiedlichen Temperaturen erforderlich ist. Der
Grund, warum das Beremin-Modell in den modifizierten Formen trotz der hier aufgeführten Nachteile
häufig Anwendung findet, liegt in der Möglichkeit dieses Modells durch direkte Einbeziehung des
Spannungszustandes die Auswirkung der Mehrachsigkeit auf das Versagensverhalten wiederzugeben.
Die anhand einer Probengeometrie verifizierten Parameter dieses Modell sind dann auf die Proben- und
Bauteile mit unterschiedlichen Spannungszuständen übertragbar.
In [SEE07] wird ein numerisches Bewertungskonzept vorgeschlagen, mit dem die geschlossene
Beschreibung des Versagens im gesamten Zähigkeitsbereich (Tieflage, Übergangsbereich, Hochlage)
möglich ist. Mit diesem Konzept werden beide Schädigungsmechanismen, Spaltbruchversagen
(Instabilität) bei den tiefen Temperaturen und das duktile Versagen (Porenbildung und Wabenbruch)
erfasst. Der wesentliche Vorteil des numerischen Bewertungskonzepts ist seine Anwendbarkeit auf
verschiedene Proben- und Rissgeometrien und somit auf die Vorhersage des realen Versagens von
Bauteilen.
Das Konzept basiert auf der Ableitung von 2 Grenzkurven mittels des modifizierten Beremin-Modells
(Arrhenius Gesetz) und des GTN-Schädigungsmodells. Mit der Verwendung des modifizierten
Bereminmodells wird die erste Grenzkurve (Instabilitätskurve) für die Tieflage und den
Übergangsbereich definiert, die der 5%-Versagenswahrscheinlichkeit Pf (KJc,num,5%Pf) entspricht. Somit
stellt diese Grenzkurve die untere Begrenzung für die experimentellen Bruchzähigkeiten (KJc,exp,
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