Einfluss - Polymer Service GmbH Merseburg

Aufgabenstellung für Diplomarbeit
Einfluss der Prüfkörperform, der Orientierung und der Schweißung auf das
stabile Rissausbreitungsverhalten des Rohrwerkstoffs PE100 unter
quasistatischen Beanspruchungsbedingen
Bearbeiter:
Betreuende
Hochschullehrer:
Wissenschaftliche
Betreuer:
Tobias Krolopp
Prof. Dr.rer.nat. habil. Wolfgang Grellmann
(Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg)
Dr.-Ing. Ralf Lach
(Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg)
Aufgabenstellung:
Die Diplomarbeit umfasst im Einzelnen folgende Arbeitschritte:
(1) Umfassende Literaturstudie zum Stand der Struktur-Eigenschafts-Analyse in Kunststoffschweißnähten,
zum stabilen Rissausbreitungsverhalten in PE-Werkstoffen unter quasistatischen und
schlagartigen Beanspruchungsbedingungen und zur bruchmechanischen Bewertung schweißnahtbehafteter
Kunststoffbauteile
(2) Prüfkörpervorbereitung (Ausfräsen der Prüfkörper, Kerbeinbringung).
(a) Als Untersuchungsgegenstand werden extrudierte Einschichtrohrabschnitte mit Schweißnaht
(Länge der Rohre: 1 m) aus Polyethylen PE100 (110 mm Außendurchmesser, 6,3 mm
Wandstärke) herangezogen. Diese Rohre wurden von der Brno University of Technology,
Faculty of Mechanical Engineering, zur Verfügung gestellt. Die Schweißung wurde durch das
Polymer Institute Brno mittels des Heizelementstumpfschweißverfahrens durchgeführt. Es
werden nur Rohre mit optimalen Schweißparameter herangezogen (optimaler Schweißdruck
und Durchwärmzeit); die Schweißparameter werden also nicht variiert.
(b) Zur Bewertung des Einflusses der plastischen Querdehnungsbehinderung auf das stabile
Rissausbreitungsverhalten sollen unterschiedliche, aus dem Grundmaterial (Materialbereiche
außerhalb der Schweißnähte und Wärmeeinflusszonen) entnommene Bruchmechanikprüfkörper

in die Untersuchungen einbezogen werden: einseitig gekerbte Dreipunktbiegeprüfkörper
(SENB), einseitig gekerbte Zugprüfkörper (SENT), arc-shaped-Prüfkörper, miniaturisierte CT-
Prüfkörper und C-Prüfkörper. Die Prüfkörperlängsachse ist hierbei grundsätzlich senkrecht zur
Extrusionsrichtung orientiert, sodass die Kerbrichtung mit der Extrusionsrichtung übereinstimmt.
Pro Prüfkörperart werden mindestens 10 Prüfkörper benötigt, dazu noch je mindestens 5 Prüfkörper
ohne Kerb zur Analyse der mechanischen Grundeigenschaften unter Zug- und Dreipunktbiegebeanspruchung.
Die Gesamtprüfkörperanzahl beträgt also mindestens 60.
(c) Zur bruchmechanischen Bewertung der Orientierung infolge der Extrusion der Rohre sollen
SENB-, SENT- und miniaturisierte CT-Prüfkörper herangezogen werden. Die Prüfkörperlängsachse
liegt in diesem Fall in Extrusionsrichtung, d.h., Kerb- und Extrusionsrichtung stehen
senkrecht aufeinander. Neben je mindestens 10 Bruchmechanikprüfkörper werden noch je
mindestens 5 ungekerbte Zug- und Dreipunktbiegeprüfkörper benötigt, demzufolge insgesamt
mindestens 40 Prüfkörper.
(d) Zur Bewertung der Auswirkung der Schweißung auf die stabile Rissausbreitung sollen
ebenfalls SENB-, SENT- und miniaturisierte CT-Prüfkörper verwendet werden (zur Orientierung
von Prüfkörperlängsachse und Kerb: siehe Punkt (2c)). Die gesamte Mindestprüfkörperanzahl
beträgt 30.
(4) (a) Durchführung und Auswertung von bruchmechanischen Untersuchungen zur Analyse des
Widerstands gegen stabile Risseinleitung und -ausbreitung durch Aufnahme von Risswiderstands(R)-Kurven
(insgesamt 11 R-Kurven) unter quasistatischen Versuchsbedingungen bei
konstanter Beanspruchungsgeschwindigkeit (z.B. 10 mm/min) und Raumtemperatur (23°C) im
Mehrprobenverfahren mittels einer Universalprüfmaschine.
(b) Durchführung und Auswertung von mechanischen Untersuchungen zur Ermittlung der
mechanischen Grundeigenschaften unter Zug- und Dreipunktbiegebeanspruchung bei konstanter
Beanspruchungsgeschwindigkeit (z.B. 10 mm/min) und Raumtemperatur (23°C) mittels einer
Universalprüfmaschine (insgesamt 4 Untersuchungen).
(4) Mikrofraktografische Bruchflächenanalyse mittels licht- und elektronenmikroskopischer
Verfahren.
(5) (a) Korrelative Analyse und kritische Diskussion der experimentellen Ergebnisse, Vergleich der
eigenen Resultate mit denen in der Literatur.
(b) Schriftliche Abfassung der Diplomarbeit entsprechend den Vorgaben für die Erstellung
einer wissenschaftlichen Arbeit.
Als Voraussetzung zur Bearbeitung der Diplomarbeit sind Grundkenntnisse zu Struktur-Eigenschafts-
Beziehungen polymerer Werkstoffe und der Technischen Bruchmechanik wünschenswert.
Vergabe der Aufgabestellung:
Abgabetermin:
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Prof. Dr. W. Grellmann
Betreuender Hochschullehrer
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Prof. Dr. Ebeling
Vorsitzender des Prüfungsausschusses