Bruchmechanik und Ermüdung

Welche Aussage über die Kurzzeitermüdung (Low Cycle Fatigue; bis zum Bruch etwa 10⁴ Schwingspiele oder weniger) trifft zu?

  1. AGrundlegend ist eine Bewertung mit Spannungen im elastischen Bereich bei konstanter Spannungsamplitude
  2. BWegen der geringen Schwingspielzahl entstehen keine Ermüdungsrisse, und der Bruch ist derselbe duktile Bruch wie bei einer einmaligen Überlast
  3. CIn jedem Zyklus tritt plastische Dehnung auf, und der Zusammenhang zwischen plastischer Dehnungsamplitude und Lebensdauer folgt dem Coffin-Manson-Gesetz
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Lösung: C. In jedem Zyklus tritt plastische Dehnung auf, und der Zusammenhang zwischen plastischer Dehnungsamplitude und Lebensdauer folgt dem Coffin-Manson-Gesetz

Bei der Kurzzeitermüdung wiederholt sich in jedem Zyklus eine große plastische Verformung, und nicht die Spannung, sondern die plastische Dehnungsamplitude bestimmt die Lebensdauer. Man bewertet sie daher in Versuchen mit konstanter Dehnungsamplitude und beschreibt den Zusammenhang zwischen der plastischen Dehnungsamplitude Δεp/2 und der Zahl der Lastumkehrungen bis zum Bruch 2Nf durch Δεp/2 = εf′(2Nf)ᶜ (c etwa −0,5 bis −0,7), was im doppeltlogarithmischen Diagramm eine Gerade ergibt. Das ist das Coffin-Manson-Gesetz. Die Bewertung mit Spannungsamplituden im elastischen Bereich ist das Verfahren der Langzeitermüdung (High Cycle Fatigue), bei dem Wöhlerkurven (S-N-Kurven) und das Basquin-Gesetz verwendet werden. Auch bei der Kurzzeitermüdung kommt es über Rissentstehung und Risswachstum zum Bruch; sie ist ein Problem bei Kraftwerksanlagen, die häufig an- und abgefahren werden, und bei Bauteilen unter thermischer Dehnung.

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