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Identifikation von plastizitäts-induziertem Rissschließen mittels hochauflösender Digitaler Bildkorrelation

Die Einflussfaktoren bei Ermüdungsrissen werden in schädigende und schützende Mechanismen aufgeteilt. Im Paris Bereich von Rissfortschrittskurven duktiler Werkstoffe gelten besonders das rauhigkeits-induzierte und plastizitäts-induzierte Rissschließen als die maßgebenden schützenden Mechanismen. Kompliziert gestaltet sich jedoch die Trennung bzw. die Identifikation der beiden Rissschlussarten, da beide stark miteinander und mit weiteren lokalen Effekten (bspw. Rissablenkung) wechselwirken. Diese Wechselwirkung auf lokaler Ebene zu simulieren als auch experimentell zu untersuchen, ist das Ziel des vorliegenden Beitrages. Grundlage der Untersuchung bildet ein isotropes 3D FE-Rissfortschrittsmodell einer MT160 Probe mit bi-linearem, isotropen Materialmodell der Aluminiumlegierung…

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Die Einflussfaktoren bei Ermüdungsrissen werden in schädigende und schützende Mechanismen aufgeteilt. Im Paris Bereich von Rissfortschrittskurven duktiler Werkstoffe gelten besonders das rauhigkeits-induzierte und plastizitäts-induzierte Rissschließen als die maßgebenden schützenden Mechanismen. Kompliziert gestaltet sich jedoch die Trennung bzw. die Identifikation der beiden Rissschlussarten, da beide stark miteinander und mit weiteren lokalen Effekten (bspw. Rissablenkung) wechselwirken. Diese Wechselwirkung auf lokaler Ebene zu simulieren als auch experimentell zu untersuchen, ist das Ziel des vorliegenden Beitrages. Grundlage der Untersuchung bildet ein isotropes 3D FE-Rissfortschrittsmodell einer MT160 Probe mit bi-linearem, isotropen Materialmodell der Aluminiumlegierung AA2024-T3. Mittels crack-opening-displacement (COD) Messungen an der Probenoberfläche, wird eine Methodik hergeleitet, welche plastizitäts-induzierte Rissschließen separiert. Verglichen werden die Ergebnisse mit lokalen Verschiebungsfeldern einer mikroskopischen roboter-gestützten DIC Messung identischer Proben-, Material- und Randbedingungen. Die Resultate zeigen eine ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment. Plastizitäts-induziertes Rissschließen bei einem ∆K = 14.2 MPa√m wird als der primäre Rissschlussmechanismus identifiziert. Es zeigt sich eine eindeutige Ortsabhängigkeit des Kop Wertes entlang des Risspfades. Mittels der vorgestellten Methodik können nun sowohl Kop,cmod als auch Kop,ctod unmittelbar bestimmt werden. Dabei ist Kop,ctod mit ungefähr 50% von KI,max doppelt so hoch wie der mittels crack-mouth-opening-displacement (CMOD) Aufnehmer erwartete Kop,cmod Wert.

Reference
BR-2023-005

Title
Identifikation von plastizitäts-induziertem Rissschließen mittels hochauflösender Digitaler Bildkorrelation
Author(s)
F. Paysan, F. Dömling, V. Schöne, E. Breitbarth
DOI
10.48447/BR-2023-005
Event
55th Conference of the Working Group on Fracture Mechanics and Structural Safety
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Rissschließen,Mirkoskopie,Digitale Bildkorrelation