A3 Statische Ermüdung und unterkritisches Risswachstum

Thema

Die langsame Rissausbreitung – das in diesem Modell beschriebene Phänomen – tritt auf, wenn eine konstante Spannung auf ein keramisches Material wirkt, das gleichzeitig einer reaktiven Umgebung, wie beispielsweise Feuchtigkeit, ausgesetzt ist. Keiner der beiden Faktoren allein ist ausreichend: Die konstante Spannung und die reaktive Umgebung bewirken gemeinsam, dass der Riss subkritisch wächst, d. h. er erreicht noch nicht die Größe, die zu einem sofortigen Bruch führen würde.

Dieses subkritische Risswachstum verläuft nicht gleichmäßig. Schon eine geringfügige Erhöhung der Belastungsbedingungen führt zu einer überproportionalen Steigerung der Rissausbreitungsgeschwindigkeit, die einem Potenzgesetz im sogenannten Bereich I dieses Wachstums folgt.

Da sich dieses subkritische Wachstum mit der Zeit akkumuliert, während die konstante Spannung und die reaktive Umgebung weiterhin auf den Riss einwirken, bestimmt diese Akkumulation genau den Zeitpunkt des Bruchs. Die Tatsache, dass der Riss in jedem Moment schneller wächst, bedeutet, dass er die kritische Größe, die zum endgültigen Bruch führt, in kürzerer Zeit erreicht. Daher hängt diese langsame Rissausbreitung, die die Grundlage dieses Modells bildet, von der gesamten Ereigniskette ab: der konstanten Spannung und der reaktiven Umgebung, die zusammen subkritisches Risswachstum bewirken, dem Potenzgesetz des Bereichs I, das dieses Wachstum bestimmt, und der zeitlichen Akkumulation dieses Wachstums, die den Zeitpunkt des Bruchs festlegt. Dieses Modell unterscheidet sich auch von der zyklischen Ermüdung von Metallen – die auf wiederholten Lastzyklen und nicht auf anhaltender konstanter Spannung in einer reaktiven Umgebung beruht –, da die Abhängigkeit von einer reaktiven Umgebung anstelle von Lastzyklen den Bruchmechanismus grundlegend von dem der zyklischen Metallermüdung unterscheidet.

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