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5. Modellierung des stabilen Risswachstums
Grundsätzlich kann mit dem Schädigungsmodell und den ermittelten Parametern sowohl das Last-
Verformungs- als auch das Risswiderstandverhalten für den GW des Stahls EH36-15F gut beschrieben
werden.
Kraft F [kN]
14
12
10
8
6
4
2
0
Exp.
GTN 2D-03
GTN 3D-03
GTN 2D-01
GTN 3D-01
EH36-15F, GW
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Aufweitung U v [mm]
Bild 5.28: Last-Aufweitungs- und die Risswiderstandskurve für EH36-15F, GW
J-Integral [N/mm]
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Exp.
GTN 2D-03
GTN 3D-03
GTN 2D-01
GTN 3D-01
EH36-15F, GW
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Risswachstum ∆a [mm]
Bei der Anwendung des Schädigungsmodells zur Bestimmung des Bruchverhaltens von 0.5C(T)
Proben mit der HLSV treten zum ersten Mal größere Konvergenzprobleme auf. Die Verkleinerung der
Elementgröße, die Erhöhung des Streckgrenzenverhältnisses und die Anwendung der Parameter fn, εn
und sn führen zum früheren Erscheinen dieser Probleme in der Belastungsgeschichte. Stabilität der
Schädigungsberechnung kann mit dem 2D Modell („GTN 2D-01“) für die ermittelten Parameter und
εn=0.1 erreicht werden, s. Bild 5.29. Wird das 3D Modell („GTN 3D-01“) mit gleichen Parametern wie
für das 2D Modell verwendet, so bricht die Rechnung kurz nach Rissinitiierung ab.
Im Gegensatz zum GW werden mit dem 2D und 3D Modell für εn=0.1 deutlich unterschiedliche
Initiierungswerte ermittelt. Der Initiierungswert ist für das 3D Modell (Ji=57N/mm) um ca. 60%
niedriger als für das 2D Modell (Ji=93N/mm), wobei der experimentelle Wert genau zwischen diesen
beiden Werten liegt (Ji=73N/mm). Der Grund für diesen großen Unterschied im Vergleich zum GW ist
der Initiierungsort, der sich bei 0.5C(T) Proben mit der HLSV nicht mehr in der Probenmitte sondern in
der Nähe des freien Probenrandes befindet. Die Auswertung der Risslängen bei den geprüften Proben
bestätigt eine bevorzugte Rissausbreitung am Probenrand. Der Spannungszustand bei den 2D Proben,
der durch hohe Mehrachsigkeit charakterisiert wird, ähnelt dem Spannungszustand in der Probenmitte
bei den 3D Proben. Mit der Entfernung von der Mitte in Richtung Rand ändert sich der
Spannungszustand zunehmend und somit auch das Niveau der Mehrachsigkeit. Die höchste
Mehrachsigkeit liegt in der Probenmitte vor, während sich die geringste Mehrachsigkeit zwischen
h=1.0 und 2.0 am freien Rand zeigt. Die kritische Porosität fc, die mit Zellmodellrechnungen bei h=2
bestimmt wird, ist für den Spannungszustand in der Randnähe zu niedrig und führt zum frühzeitigen
Versagen der Elemente. Mit der Wahl des Parameters fc bei einer niedrigeren Mehrachsigkeit von
h=1.5 für die am freien Rand liegende Elementschicht („GTN 3D-01*“) wird auch ein höherer
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