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Mechanismen der Bruchflächenverdrehung bei dünnwandigen AA2024-T3 Aluminiumblechen

Das Rissfortschrittsverhalten in dünnwandigen Aluminiumblechen von Flugzeugprimärstrukturen lässt sich mit Konzepten der linear-elastischen Bruchmechanik sehr gut beschreiben. Ermüdungsrissfortschrittsuntersuchungen an MT160-Proben der Legierung AA2024-T3 zeigen auch im Labormaßstab eine textur- und mittelspannungsabhängige Bruchflächenausprägung mit V-förmiger bzw. schräger Rissfront. Diese weicht von der ursprünglichen geraden Bruchfläche ab und wird in Lehrbuchlösungen meist nicht berücksichtigt. Im Anschluss an unsere Experimente haben wir die Bruchfläche mit einem 3D-Scanner digitalisiert und die Bruchflächentopographie ortsaufgelöst quantifiziert. Lokale Abweichungen der Rissfrontgeometrie führen zu einer Veränderung der Rissfortschrittsrate. Experimentell…

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Das Rissfortschrittsverhalten in dünnwandigen Aluminiumblechen von Flugzeugprimärstrukturen lässt sich mit Konzepten der linear-elastischen Bruchmechanik sehr gut beschreiben. Ermüdungsrissfortschrittsuntersuchungen an MT160-Proben der Legierung AA2024-T3 zeigen auch im Labormaßstab eine textur- und mittelspannungsabhängige Bruchflächenausprägung mit V-förmiger bzw. schräger Rissfront. Diese weicht von der ursprünglichen geraden Bruchfläche ab und wird in Lehrbuchlösungen meist nicht berücksichtigt. Im Anschluss an unsere Experimente haben wir die Bruchfläche mit einem 3D-Scanner digitalisiert und die Bruchflächentopographie ortsaufgelöst quantifiziert. Lokale Abweichungen der Rissfrontgeometrie führen zu einer Veränderung der Rissfortschrittsrate. Experimentell zeigt sich, dass die anfängliche Verwindung der Bruchfläche mit zunehmendem R-Verhältnis bei steigender Risslänge, aber immer bei gleichem ΔKeff auftritt. Dieses Phänomen kann fraktographisch durch das Auftreten von Rissverzweigungen begründet werden, die zu Imperfektionen im lokalen Spannungsfeld führen. Mit Hilfe von dreidimensionalen FE-Simulationen wurde die Spannungsverteilung an der Rissfront als Funktion des Verdrehwinkels der Bruchfläche untersucht. EBSD-Untersuchungen am Grundwerkstoff unterstützen die Beobachtungen einer Texturabhängigkeit. Das Zusammenspiel dieser Aussagen führt schließlich zur Beschreibung eines beschleunigten bzw. verzögerten Rissfortschrittsverhaltens, was für Lebensdauerabschätzungen von hoher Relevanz ist.

Reference
BR-2024-351

Title
Mechanismen der Bruchflächenverdrehung bei dünnwandigen AA2024-T3 Aluminiumblechen
Author(s)
V. Schöne, F. Paysan, E. Breitbarth
DOI
10.48447/BR-2024-351
Event
56. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2024
Year of publication
2024
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Rissfortschrittsexperimente,Bruchmodus,Fraktografie,Rissfrontbeanspruchung,Mixed Mode