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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
geplant, um die Rissinitiierung und den Verlauf der R-Kurve zu ermitteln. Bei den Proben mit der
HLSV befindet sich der Kerb mit dem Anfangsriss in der Mitte der Schweißnaht. Alle Proben sind
außerdem seitengekerbt und weisen ein a/W-Verhältnis von 0.5 auf. Die Schweißnaht zeigt eine
trichterähnliche Form, mit einer maximalen Breite von 11mm in der Decklage (Ho) und einer
minimalen Breite von 1.0mm in der Wurzellage (Hu). Neben den Breiten Ho und Hu ist zusätzlich auch
die mittlere Breite Hm angegeben. Der Wert Hm resultiert nicht aus dem arithmetischen Mittel der
beiden Breiten Ho und Hu, sondern wird als die Breite definiert, die multipliziert mit der Blechdicke die
Fläche ergibt, die der Schweißnahtfläche im Querschnitt entspricht.
Aus den 12 und 15mm dicken Blechen werden 0.4C(T) und 0.5C(T) Proben hergestellt, wobei die volle
Bruttodicke von 10 und 12.5mm realisiert wird. Dagegen wird im Fall von 0.8C(T) Proben, die aus
20mm dicken Blechen gewonnen werden, eine maximale Bruttodicke von 17mm erzielt, die 85% der
Gesamtblechdicke von 20mm entspricht. Nach ASTM E 1820-01, Annex 2 können auch mit diesen
dickenreduzierten 0.8C(T) Proben gültige Zähigkeitskennwerte ermittelt werden.
Um die R-Kurve zu erhalten, werden zunächst alle Proben bei Raumtemperatur und unter quasistatischer
Belastung geprüft. Bei genügender Anzahl der Proben, die in der Hochlage versagt haben,
werden die R-Kurven nach ASTM E 1820-01, Annex 2 konstruiert und die JIC Werte bestimmt.
Die anschließende Simulation dient ausschließlich der Überprüfung der bereits vorgegebenen
Parameter und der Festlegung der Elementgröße. Um den Modellierungsaufwand so gering wie
möglich zu halten und die Rechnungsdauer zu verkürzen, wird die Schweißnaht als ein Quader mit
einer konstanten Breite von 3.2mm idealisiert dargestellt. Außerdem werden die Untersuchungen an
den Modellen bestehend aus 2 Werkstoffzonen (SG und BM) durchgeführt. Die Berücksichtigung der
heterogenen WEZ würde zu einem komplexen FE-Netz und erheblich höherem Rechenaufwand führen.
Die duktilen Bruchflächen aus den REM Untersuchungen für die Proben aus dem GW und mit der
HLSV für S355-12I zeigen unterschiedliche Wabenstruktur, s. Bild 5.21. Die Wabenstruktur der
Bruchfläche im GW besteht aus größeren Waben mit dem maximalen Durchmesser von 10 bis 70µm
und dazwischenliegenden sehr feinen Waben. Die Bruchfläche im SG ist durch kleine duktile Waben
gekennzeichnet, wobei diese Struktur durch einige wenige größere, runde Waben unterbrochen wird.
Die großen Waben entstehen durch das Wachstum von primären Hohlräumen, die sich beim Lösen der
Einschlüsse von der Werkstoffmatrix bei bereits kleinen Gesamtverformungen bilden. Wie in Kap. 2
beschrieben wird, werden die primären Hohlräume durch Anfangsporosität f0 berücksichtigt. Die
kleineren Waben sind das Produkt des Wachstums von sekundären Hohlräumen, die über den
Parameter fn in die Schädigungsberechnung eingehen. Wie aus dem Erscheinungsbild der Bruchfläche
des SG ersichtlich wird, tragen die kleineren Partikel, die im SG durch den Einsatz von Zusatzdraht
vorhanden sind, deutlich zur Schädigungsentwicklung bei, s. Bild 5.21. Allerdings kann deren Anteil
und somit der Parameter fn im Rahmen der metallographischen Untersuchungen nicht abgeschätzt
werden, s. Kap. 4. Im vorigen Abschnitt wird gezeigt, dass das Bruchverhalten der gekerbten
Rundzugproben mit der HLSV auch durch die Reduktion der Elementgröße ly von 0.4 auf 0.25mm
anstelle der Einführung dreier unbekannter Parameter (fn, εn, sn) gut wiedergegeben werden. Der
Nachteil dieses vereinfachten Ansatzes ist, dass dadurch der Bezug zur Mikrostruktur verloren geht und
womöglich die Übertragbarkeit der Parameter nicht mehr gewährleistet wird. Bei der Modellierung von
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