M3 Elastisch-sprödes Verhalten

Thema

Das Keramikmaterial in diesem Modell reagiert auf eine aufgebrachte Last rein elastisch, ohne nennenswerte Plastizität. Dieses rein elastische Verhalten bleibt bis zum Bruch erhalten: Es gibt keine Zwischenphase bleibender Verformung zwischen der Belastung und dem Bruch. Die Tatsache, dass dieses elastische Verhalten bis zum Bruch ohne nennenswerte Plastizität auskommt, zeichnet das Verhalten dieser Keramik in diesem Modell aus.

Dieses rein elastische Verhalten der Keramik folgt bis zum Bruch dem Hookeschen Gesetz: Eine größere Last führt zu einer proportional größeren elastischen Verformung; eine kleinere Last führt zu einer proportional kleineren Verformung. Da dieses Verhältnis über den gesamten Belastungsbereich bis zum Bruch proportional bleibt, ohne eine plastische Phase, erreicht die Keramik den Bruchpunkt mit derselben Steifigkeit, die sie zu Beginn der Belastung aufwies.

Während des dem Hookeschen Gesetz entsprechenden elastischen Verhaltens speichert die Keramik elastische Energie, die im Bruchmoment schlagartig freigesetzt wird. Die Tatsache, dass der Keramik die plastischen Mechanismen zur allmählichen Energiedissipation fehlen – wie sie bei Metallen auftreten –, bedeutet, dass die gesamte bis dahin gespeicherte elastische Energie schlagartig in einem plötzlichen Sprödbruch freigesetzt wird. Dieses Modell verwendet zur Beschreibung dieses Kriteriums des plötzlichen Versagens dasselbe Kriterium, das bereits im entsprechenden Modell für Metalle für einen anderen Zweck verwendet wurde.

Der Sprödigkeitsindex quantifiziert, dass die Keramik ohne eine Zwischenphase der Plastizität bricht und ihre gesamte gespeicherte elastische Energie schlagartig freisetzt. Dieser Index vergleicht mit dem metallischen Modell – das vor dem Bruch Plastizität aufweist – wie stark die Plastizität dieser Keramik fehlt. Ein höherer Sprödigkeitsindex deutet auf einen ausgeprägteren Mangel an Plastizität in dieser Keramik im Vergleich zum metallischen Modell hin. Ein niedrigerer Index bedeutet, dass der Mangel an Plastizität weniger ausgeprägt ist und das Verhalten der Keramik dem eines Metalls stärker ähnelt.

Dieses Modell, das auf die rein elastische Reaktion der Keramik beim ersten Öffnen reagiert, unterscheidet sich daher ausdrücklich vom entsprechenden Modell für Metalle: Im Metallmodell führt die Plastizitätsphase vor dem Bruch zu einer allmählichen Energiedissipation, während das Fehlen dieser Phase in der Keramik – quantifiziert durch den Sprödigkeitsindex – bedeutet, dass das Hookesche Gesetz die gesamte Reaktion bis zum Bruchpunkt bestimmt und die gesamte gespeicherte elastische Energie beim plötzlichen Sprödbruch auf einmal freigesetzt wird.

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