Grundlagen der Bruchmechanik

An Hand der linear‐elastischen Gleichungen für das Spannungsfeld in einem zugbelasteten Körper mit Riß und der Energiebedingungen für die instabile Ausbreitung des Risses werden die Begriffe Spannungsintensitätsfaktor und Rißausbreitungskraft abgeleitet. Bei Berücksichtigung der in wirklichen Körpern mit der Rißausbreitung verbundenen plastischen Zone, bleiben die linearelastischen Beziehungen mit hinreichender Genauigkeit bestehen, wenn die Länge dieser Zone klein ist gegenüber der Rißlänge (örtlich plastisches Fließen). Dann ist die Bruchzähigkeit eine Werkstoffkenngröße. Die nichtlinearen Erweiterungen dieser Beziehungen für den teilplastischen Bereich ergeben, daß bis zu einer mit der Rißlänge vergleichbaren Länge der plastischen Zone die kritische Rißaufweitung ebenfalls einen Werkstoffkennwert darstellt. In allen diesen Fällen nimmt die Reißspannung mit zunehmender Rißlänge ab und liegt unterhalb des rund 0,7‐fachen Wertes der Fließgrenze bei fehlender Kerbwirkung (Bruch bei niedriger Spannung). Mit Annäherung an das vollplastische Fließen werden diese Aussagen ungültig, die Reißspannung wird größer als diese Fließgrenze und unabhängig von der Rißlänge. Zur Veranschaulichung dieser Zusammenhänge werden Zahlenwerte der Größen für einen Druckbehälterstahl und für einen Vergütungsstahl angegeben. —Die auf diesen Ergebnissen beruhenden Prinzipien der Bruchmechanik und des COS‐Konzepts werden beschrieben. Dabei wird auf die plastische Instabilität bei Druckgasrohren hingewiesen und erörtert, wann bei den allgemeinen Baustählen eine bruchmechanische Prüfung überhaupt erforderlich ist.