Spannungsintensitätsfaktor

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Der Spannungsintensitätsfaktor (kurz SIF) K ist ein Maß für die Intensität des Spannungsfeldes in der Nähe einer Rissspitze. Er ist eine skalare Größe, die von der äußeren Belastung sowie von der Geometrie des Risses und des Bauteils abhängt. Von der Stärke des Spannungsintensitätsfaktors hängt das Risswachstum ab.

Derjenige Spannungsintensitätsfaktor, bei dem es zum Gewaltbruch kommt, ist der kritische Spannungsintensitätsfaktor K_C. Dieser Werkstoffkennwert wird auch als Riss- oder Bruchzähigkeit bezeichnet.

Rissöffnungsarten

Im Allgemeinen werden drei Rissöffnungsarten unterschieden, denen jeweils ein Spannungsintensitätsfaktor zugeordnet ist:

  • Der Index I charakterisiert die Rissöffnung senkrecht zur Rissfläche (engl. opening mode). Er hat die größte Bedeutung in der Praxis.
Mit Hilfe des Parameters K_I kann das vollständige Spannungsfeld an der Spitze des nach Modus I beanspruchten Risses charakterisiert werden:
K_I = \sigma \cdot \sqrt{\pi \cdot a} \cdot f.
Darin beschreibt
  • \sigma die Spannung im Bauteilquerschnitt ohne Risse (Nennspannung)
  • a die Risslänge
  • f bzw. Y einen Korrekturfaktor, der von der Riss- und der Bauteilgeometrie abhängt.
Für K_I wird die Maßeinheit \frac{\mathrm{N}}{\sqrt{\mathrm{mm}^3}} oder \mathrm{MPa}\cdot \sqrt{\mathrm{m}} verwendet.
  • Die Öffnungsarten II und III beschreiben Längs- (sliding mode) bzw. Querscherung (tearing mode).