Entwicklung von Versagenskriterien für keramische Bauteile unter mehrachsiger Belastung:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Entwicklung von Versagenskriterien für keramische Bauteile unter mehrachsiger Belastung
Autor: Schirmer, Karen-Sibyll
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...............................................................................................................1 2. Theoretische Grundlagen....................................................................................3 2.1. Weibulltheorie......................................................................................................3 2.1.1. Statistische Beschreibung des Versagens bei keramischen Werkstoffen.........3 2.1.2. Bestimmung der Weibullparameter...................................................................8 2.1.2.1. Sonderfall: Konstanter Spannungszustand....................................................8 2.1.3. Vorhersage der Festigkeit und der Ausfallwahrscheinlichkeit............................9 2.2. Versagenskriterien.............................................................................................10 2.2.1. Äquivalente Spannung....................................................................................10
2.2.2. Versagenskriterien..........................................................................................11 2.2.3. Rißmodelle..:...................................................................................................13 2.2.4. Lokales Bruchrisiko.........................................................................................14 2.2.5. Unterscheidung von Versagenskriterien.........................................................15 2.2.5.1. Unterscheidung von Versagenskriterien über die Festigkeitsvorhersage....15 2 . 2 . 5 . 2 . Unterscheidung von Versagenskriterien über das lokale Bruchrisiko..........16 3. Benötigte Experimente........................................................................................19 3.1. Einachsige Versuche..........................................................................................19 3.1.1. Vierpunktbiegeversuch....................................................................................19 3.1.2. Zugversuch......................................................................
20 3.1.3. Druckversuch....................................................................................................21 3.2. Mehrachsige Versuche.......................................................................................21 3.2.1. Doppelringversuch..........................................................................................21 3.2.2. Schleuderscheibenversuch.............................................................................23 3.2.3. Scheibendruckversuch....................................................................................25 4. Durchgeführte Experimente................................................................................28 4.1. Material und Probenbearbeitung........................................................................28 4.2. Einachsige Versuche..........................................................................................33 4.2.1. Vierpunktbiegeversuch....................................................................................33
4.2.2. Zugversuch......................................................................................................35 4.2.3. Druckversuch...................................................................................................36 4.3. Mehrachsige Versuche.......................................................................................39 4.3.1. Doppelringversuch................................................. 39 4.3.2. Schleuderscheibenversuch.............................................................................41 4.3.3. Scheibendruckversuch....................................................................................41 4.4. Überprüfung ausgewählter Versuchsaufbauten mittels Spannungsmessungen über Dehnungsmeßstreifen am Material Aluminiumoxid......50 4.4.1. Druckversuch...................................................................................................50 4.4.2. Doppelringversuch..........................................................................................51 4.4.3. Scheibendruckversuch....................................................................................53 5. Fraktographie.......................................................................................................55 5.1. Probenpräparation zur Bruchlokalisierung.........................................................55 5.1.1. Doppelringproben............................................................................................55 5.1.2. Scheibendruckproben......................................................................................55 5.2. Bruchursprünge und Fehlerpopulationen...........................................................56 5.2.1. Keraion............................................................................................................56 5.2.2. Aluminiumoxid.................................................................................................56 5.2.3. Siliziumnitrid....................................................................................................59 6. Festigkeitsmessungen........................................................................................60 6.1. Keraion...............................................................................................................60 v
6.2. Aluminiumoxid............................................. 62 6.3. Siliziumnitrid............................................................... 64 7. Festigkeitsvorhersagen......................................................................................67 7.1. Keraion...............................................................................................................68 7.1.1. Untersuchung der Weibullparameter m.............. 68 7.1.2. Vorhersagen der Festigkeitsverteilung und ihre Überprüfung auf Gültigkeit...................................................................................................................68 7.1.2.1. Druckversuch........................................................... 69 7.1.2.2. Doppelringversuch................ 70 7.1.2.3. Scheibendruckversuch.................................................................................71 7.2. Aluminiumoxid........................................ 74 7.2.1. Untersuchung der Weibullparameter m..............
74 7.2.2. Vorhersagen der Festigkeitsverteilung und ihre Überprüfung auf Gültigkeit...................................................................................................................75 7.2.2.1. Zugversuch.................................................................... 75 7.2.2.2. Doppelringversuch............................................................ 77 7.2.2.3. Scheibendruckversuch...................... 78 7.3. Siliziumnitrid................. 80 7.3.1. Untersuchung der Weibullparameter m.............. 80 7.3.2. Vorhersagen der Festigkeitsverteilung und ihre Überprüfung auf Gültigkeit............................................................................................. 82 7.3.2.1. Scheibendruckversuch.................................................................................82 8. Verteilung der Lage der Bruchursprünge beim Scheibendrückversuch........86 8.1. Keraion...........................................................................................l...................87
8.2. Aluminiumoxid.................... 88 8.3. Siliziumnitrid.......................................... 89 9. Diskussion...........................................................................................................91 9.1. Keraion..................................................................... 91 9.2. Aluminiumoxid....................................................................................................92 9.3. Siliziumnitrid................................................................................... 93 9.4. Ergebnis aller Untersuchungen..................................................... 93 10. Zusammenfassung............................................................................................94 Anhang.....................................................................................................................96 A1 Statistische Auswerteverfahren................................................... 96 A1.1 Bestimmung der Weibullparameter...................................... 96 A1.1.1 Graphische Darstellung der gemessenen Festigkeiten.................................96 A1.1.2 Bestimmung der Parameter der Weibullverteilung.........................................96 A2 Verträglichkeitstests........................ 97 A2.1 Vergleich von Stichproben................................................................................97 A2.2 Vergleich einer Stichprobe mit einer gegebenen Verteilung.............................98 Literaturverzeichnis.................................................................................................99 VI
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