Einsatz digitaler Bildkorrelation in der Bruchmechanik

Kurzfassung

Die digitale Bildkorrelation (DIC) hält vermehrt Einzug in die experimentelle Mechanik, da sich hiermit eine effektive Möglichkeit ergibt, das Verschiebungs- bzw. Verformungsfeld einer Probe oder eines Bauteils vollflächig zu erfassen. Besonders hilfreich ist diese Methode bei der Bewertung von Bruchvorgängen oder Ermüdungsrissen. Durch die Auswertung des Verschiebungsfeldes können Risse sehr gut identifiziert und untersucht werden. Der Vortrag zeigt, wie mittels DIC die plastische Zone von duktilen Werkstoffen identifiziert werden kann, und wie sich die vorherrschenden Rissspitzenbeanspruchungen bestimmen lassen. Für die zugrunde liegenden Rissfortschrittsversuche wurden die Aluminiumlegierungen AA2024 und AA5028 genutzt, da diese speziell für Anwendungen im Luftfahrtsektor eingesetzt werden. Um die Sicherheit von Flugzeugen zu gewährleisten, dürfen auch lange Risse nicht zu einem katastrophalen Versagen führen. Mittels der biaxialen Prüfmaschine des Instituts für Werkstoff-Forschung können dazu Flachproben mit einer Prüffeldgröße von 923 mm x 559 mm auf (Ermüdungs-)Risswachstum untersucht werden. Um maximale Sicherheiten zu gewährleisten sind präzise Aussagen zum Rissverhalten unterschiedlicher Legierungen notwendig. Daher werden diese Versuche durch ein digitales 3D Bildkorrelationssystem unterstützt. Mit einem eigens entwickelten Postprozessor lässt sich während des Versuchs mittels verschiedener Methoden die reale Rissspitzenbeanspruchung bestimmen. Es besteht zum einen die Möglichkeit, die Williams-Nahfeldlösung an die DIC Felder anzugleichen, wodurch sich KI, KII und KIII ermitteln lassen. Zugleich kann somit auch die Position der Rissspitze identifiziert werden. Zum anderen steht eine Auswertung über das J- bzw. Wechselwirkungsintegral zur Verfügung, um die Größen J, KI und KII zu bestimmen. Wird diese Auswertung in einem Lastzyklus unter maximaler und minimaler Belastung durchgeführt, lässt sich das effektive ΔK berechnen, welches Effekte wie beispielsweise Rissschließen mit einschließt. Zusammenfassend eröffnet die DIC Auswertung des experimentell ermittelten Rissspitzenfeldes also die Möglichkeit, die durch intrinsische als auch extrinsische Effekte beeinflussten Rissbeanspruchungen zu bestimmen, welche hierdurch ebenfalls Rückschlüsse auf das entsprechende Werkstoffverhalten zulassen.