Plastizität und Bruchmechanik - Technische Fakultät

W. Brocks: Bruchmechanik
Der Spannungsintensitätsansatz nach IRWIN
Obwohl die wesentlichen Arbeiten über Spannungsfelder an Rissen von INGLIS [1913],
SNEDDON [1946], WESTERGAARD [1939] und anderen bereits Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts
veröffentlicht wurden, haben diese Erkenntnisse die Festigkeitsauslegung von Bauteilen
praktisch nicht beeinflusst. Erst IRWIN [1957] erkannte die fundamentale Ähnlichkeit aller a-
symptotischen singulären Spannungsfelder an Rissen und zog den Schluss, die Intensitäten dieser
Felder für bruchmechanische Bewertungen zu nutzen.
Er hat zunächst drei Grundformen (Moden) der Beanspruchung von Rissen unterschieden, die
drei voneinander unabhängigen Bewegungsmöglichkeiten der Rissflächen gegeneinander entsprechen.
In Tabelle 1 sind die Erscheinungsformen der drei Moden zusammengefasst und in
Bild 1 zusammen mit dem in der Bruchmechanik üblichen kartesischen Koordinatensystem dargestellt.
Modus lokale Erscheinungsform Arten der äußeren Belastung
Modus I
Modus II
Öffnen der Rissufer unter Zugspannungen
senkrecht zur Rissebene
Abgleiten der Rissufer unter Schubspannungen
in Ligament-Richtung
reine Normalkraftbelastung; reine
Biegung; Aufkeilen
reine Querkraftbelastung; unter 45°
geneigter Riss unter biaxialer Zug-
Druck-Belastung
Modus III Verscheren der Rissufer unter
Schubspannungen parallel zur Rissfront
Torsion; anti-ebenes Zerreißen
Tabelle 1: Grundformen der Rissbeanspruchung
Bild 1:
Grundformen der Rissbeanspruchung nach IRWIN
Die singulären Spannungsfelder aller drei Rissöffnungsarten können hinsichtlich ihrer Intensität
durch jeweils einen Faktor, den Spannungsintensitätsfaktor, beschrieben werden, der nur von der
Geometrie des Körpers, d.h. der Probe oder des Bauteils, und des Risses sowie der äußeren Be-
LEBM_SIF, 05.01.2012, - 1 -