TY - THES

T1 - Bruchzähigkeitsmessung von Keramik unter Mode II-Belastung

AU - Huber, Wolfgang

N1 - gesperrt bis 31-01-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - 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

AB - 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

KW - fracture toughness

KW - mode II

KW - mixed-mode

KW - asymmetric four-point bending test

KW - failure curve

KW - crack propagation angle

KW - Bruchzähigkeit

KW - Mode II

KW - Mixed-Mode

KW - asymmetrischer 4-Punkt-Biegeversuch

KW - Versagenskurve

KW - Rissablenkwinkel

M3 - Diplomarbeit

ER -