Bruchmechanische Bewertung zur Abschätzung der Sprödbruchsicherheit

Für einen Übergangsradius an einem Getriebebauteil soll eine bruchmechanische Bewertung zur Abschätzung der Sprödbruchsicherheit unter Kaltklimabedingungen durchgeführt werden. Als Rissgeometrie wird ein halbelliptischer Oberflächenriss angenommen. In der Literatur sind analytische Lösungen zu finden. Die begrenzte Geometrievielfalt, für die analytische Lösungen verfügbar sind, mag noch ein hinnehmbarer Nachteil sein, jedoch liefern die analytischen Modelle oft nur Ergebnisse für K_I Modus-I-Belastungen. Eine Vernachlässigung von K_II und K_III kann leicht zu einer signifikanten Fehlbewertung eines Anrisses führen.

• Für das vorliegende Problem sind keine analytischen Ansätze für die Modus II und III-Belastung verfügbar.
• Die FEM-Analyse zeigt, dass die Spannungsintensitäten aller Modi in gleicher Größenordnung liegen (siehe Diagramm).
• Der angesetzte Riss kann damit in seiner Wirkung richtig eingeschätzt werden.

Ansys stellt eine Reihe von Werkzeugen zur Bestimmung von bruchmechanischen Kennwerten zur Verfügung. In die Version 12 wurde ein neues Verfahren integriert, mit dem die Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte in Verbindung mit der ANSYS® Workbench™-Umgebung sehr komfortabel möglich ist. Im vorliegenden Fall wird zunächst das Bauteil ohne Riss berechnet. Unter Annahme eines kleinen Risses wird in einem zweiten Schritt der hoch beanspruchte Bereich der Übergangsrundung in einem Submodell mit Anriss untersucht. Die Geometrie des Submodells wird dabei parametrisch aufgebaut, so dass leicht unterschiedliche Rissgrößen und Risslagen untersucht werden können. Als Ergebnis werden die Verläufe der Spannungsintensitätsfaktoren K_I, K_II und K_III ausgegeben.