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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Um die unterschiedlichen Spannungszustände einzustellen, werden sowohl der Kerbradius ρ als auch
die Kerbtiefe t variiert. Die folgende Tabelle 5.5 gibt den Überblick über die untersuchten
Kerbgeometrien, wobei je Geometrie 3 Proben geprüft werden:
Kerbgeometrie Rundzugprobe
Kerbradius ρ
A 8x40 1.0 1.5
B 8x40 2.0 1.5
C 8x40 1.0 2.0
D 8x40 2.0 2.0
E 5x25 1.0 0.5
F 5x25 2.0 0.5
G 5x25 1.0 0.8
ρ
[mm]
Kerbtiefe t
[mm]
Tabelle 5.5: Untersuchte Rundzugproben mit unterschiedlicher Kerbgeometrie
Für die 5x25 Zugprobe mit HLSV wird die Kerbgeometrie G mit größerer Kerbtiefe von 0.8mm als für
GW gewählt, da die Kerbtiefe von 0.5mm nicht ausreicht, um das Versagen im Schweißgut
hervorzurufen. Bei einer Kerbtiefe von 0.5mm ist das Verhältnis der Querschnittsflächen im GW und
SG kleiner als der Mismatchfaktor. Dies führt dazu, dass der Querschnitt im GW vor dem im SG
durchplastifiziert, obwohl das Fließen zunächst im Kerbbereich des SG bei kleiner Belastung einsetzt.
Unter Ausnutzung der symmetrischen Randbedingungen werden axialsymmetrische 2D FE-Modelle
der gekerbten Rundzugproben mit zugehöriger Kerbgeometrie erzeugt. Alle Modelle bestehen aus 2
Werkstoffphasen, dem GW und dem SG ohne Berücksichtigung der WEZ. Eine weitere Vereinfachung
betrifft die Modellierung des SG, das als rechteckiger Streifen mit einer Breite von 1.6mm dargestellt
wird.
Die Vereinfachungen, die bezüglich der Schweißnahtmodellierung getroffen werden, müssen überprüft
werden, bevor sie weitere Verwendung in den folgenden Untersuchungen finden. Zu diesem Zweck
wird ein 3D Modell der gekerbten Rundzugproben für RQT701-15 mit der tatsächlichen
trichterförmigen Nahtgeometrie und allen 3 Werkstoffzonen, GW, WEZ und SG, konstruiert, s. Bild
5.12. Die Fließkurve für WEZ ergibt sich aus den Versuchen an den Mikroflachzugproben. Das aus der
3D Berechnung resultierende Schädigungsverhalten unterscheidet sich kaum von den experimentellen
und den 2D Ergebnissen. Im Vergleich zu der 2D Rechnung wird mit dem 3D Modell die
Durchmesseränderung bei dem Beginn des Lastabfalls leicht unterschätzt. Der Grund dafür ist, dass der
Schädigungsprozess bei dem 3D Modell zunächst nur in einem Element stattfindet, während in dem 2D
Modell eine ganze Reihe von Elementen aufgrund der axialsymmterischen Bedingungen gleichzeitig
geschädigt wird. Der zweite Grund liegt an der Entwicklung des Constraints im SG, die von der Breite
der Schweißnaht abhängt. Grundsätzlich gilt, je breiter die Naht, desto geringer wird der
Constraintabfall im SG. So zeigt sich auch in dem 3D Modell, dass das Versagen immer in dem
Element stattfindet, das sich in der breiteren Decklage befindet. Außerdem wird ein etwas höheres
Lastniveau erreicht, da der Bereich der tatsächlichen Schweißverbindung größer ist als der 1.6mm
rechteckige Streifen im 2D Modell.
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