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5 Modellierung des stabilen Risswachstums
5. Modellierung des stabilen Risswachstums
In diesem Kapitel wird das duktile Schädigungsverhalten von hybridlasergeschweißten Proben mit
Hilfe kombinierter experimenteller und numerischer Analysen untersucht. Eines der Hauptziele ist die
Anwendbarkeit des GTN-Schädigungsmodells bezüglich der Abschätzung der duktilen Rissinitiierung
des Risswiderstandes zu bewerten und die Übertragbarkeit der Modellparameter auf beliebige Proben-
und Risskonfigurationen zu demonstrieren.
Im Rahmen der Bestimmung der erforderlichen Parameter für die Schädigungsanalysen sind im
vorigen Kapitel die metallographischen Untersuchungen für die GW und HLSV der vorliegenden
Stähle durchgeführt, aus denen die Grenzen für die Anfangsporosität f0 definiert werden können. Die
kritische Porosität fc ist ein weiterer maßgeblicher Parameter, der mit Hilfe der Zellmodellrechnungen
in Abhängigkeit von der Spannungsmehrachsigkeit ermittelt wird. Die Überprüfung dieses Parameters
zusammen mit der Bestimmung des Beschleunigungsfaktor κ und der ersten Festlegung des
Parameters, der Elementgröße, erfolgt anschließend mit Hilfe der Zugversuche an den gekerbten
Rundzugproben. Um den Einfluss des Spannungszustandes auf den Versagensbeginn und die Fähigkeit
der vorgeschlagenen Parameter zur Wiedergabe dieses Versagens untersuchen zu können, wird die
Kerbgeometrie der Rundzugproben variiert. Mit den Versuchen an den Bruchmechanikproben werden
die Schädigungsparameter und besonders die Elementgröße in Bezug auf die Ermittlung der
Risswiderstandskurve überprüft.
Inwieweit der identifizierte Parametersatz auf die beliebige Probengeometrien übertragbar ist, soll
anhand der Versuche an den Dreipunktbiegeproben (SE(B)-Proben) für die HLSV des Stahls S355 und
Großzugproben (DE(T) Proben) für die HLSV der Stähle EH36-15, EH36-20 und RQT701-20
analysiert werden.
Zum Schluss wird das Schädigungsmodell für die HLSV des Stahls S355 zur Simulation und Analyse
des experimentell beobachteten Phänomens des Rissauswanderns verwendet. Dabei soll die Frage, ob
das Rissauswandern in Hinblick auf die Sicherheitsbewertung als positiv einzustufen ist, erörtert
werden.
5.1 Bestimmung von Parametern
5.1.1 Zellmodellrechnung
Mit Hilfe der Zellmodellrechnungen wird die kritische Porosität fc in Abhängigkeit von der
Mehrachsigkeit h ermittelt. Als Ergebnis sollen Funktionen für fc in graphischer Form für den GW und
das SG der untersuchten Stahlsorten dargestellt werden. Aus der Mehrachsigkeit beim Versagen der
Proben, die in den nächsten Kapiteln vorgestellt werden, ergeben sich die Grenzen für h Werte für
Zellmodellrechnungen. Demnach werden insgesamt drei h Werte (h=1,2 und 3) eingestellt und deren
Einfluss auf das Tragverhalten der Einheitszellen analysiert. Die Zellmodellrechnungen werden
meistens für die Analyse des Verhaltens von porösen Werkstoffen herangezogen. Der Erstellung von
Zellmodellen liegt die Vorstellung zugrunde, dass das Kontinuum aus periodisch angeordneten
zylindrischen Einheitszellen zusammengesetzt ist. Die Geometrie der Zelle wird im Bild 2.7 durch die
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