Bruchzähigkeitsmessung von Keramik unter Mode II-Belastung

Wolfgang Huber

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

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Abstract

Strukturkeramiken werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften (z.B. Härte, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit) auch in Wälzlagern eingesetzt. Dabei hat sich Siliziumnitrid bereits in Kugellagern besonders bewährt. Der internationale Wälzlagerhersteller SKF entwickelt gemeinsam mit dem Institut für Struktur- und Funktionskeramik neue Methoden zur mechanischen Charakterisierung von keramischen Wälzkörpern für Hybridlager. Beim Überrollen eines Risses können starke Scherspannungen (Mode II) auftreten. Dadurch entstehen im Bauteil an der Rissspitze sogenannte KII-Spannungsintensitätsfaktoren, welche bei einer Zuverlässigkeitsanalyse berücksichtigt werden müssten. In dieser Arbeit wurde ein Prüfstand entwickelt, um an einem Referenzmaterial neben den standardisierten Mode I-Tests – zur Bestimmung der Bruchzähigkeit – auch Zähigkeitstests unter möglichst reinen Mode II- sowie vordefinierten Mixed-Mode-Belastungen durchführen zu können. Für die Belastung der Proben wurde der asymmetrische 4-Punkt-Biegeversuch ausgewählt, mit dem der gesamte Bereich zwischen reiner Mode I- und Mode II-Belastung untersucht werden kann. Weiters ist es auch möglich, negative KI-Werte zu erzeugen. Für das Einbringen der Risse in die Biegebalken wurden die standardisierte Surface Crack in Flexure- und die ebenfalls standardisierte Single Edge V-notch Beam-Methode angewendet. Mit diesen Methoden wird ein großer Bereich unterschiedlicher Rissgeometrien abgedeckt. Verschiedene Mixed-Mode-Hypothesen wurden zur Auswertung der Messdaten (Versagenskurve bzw. Rissablenkwinkel) angewendet und mit den Vorhersagen der Hypothesen verglichen, um zu erkennen, welche die beste Übereinstimmung mit den Messergebnissen zeigt. Dabei wurde festgestellt, dass mit der Hypothese der nicht-koplanaren maximalen Energiefreisetzungsrate die Ergebnisse bei KI>0 am genauesten vorhergesagt werden können. Für KI
Titel in ÜbersetzungFracture toughness measurement of ceramic loaded in mode II
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Danzer, Robert, Mitbetreuer (intern)
  • Supancic, Peter Hans, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung22 März 2013
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 31-01-2018

Schlagwörter

  • Bruchzähigkeit
  • Mode II
  • Mixed-Mode
  • asymmetrischer 4-Punkt-Biegeversuch
  • Versagenskurve
  • Rissablenkwinkel

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