Spannungsintensitätsfaktor

Der Spannungsintensitätsfaktor (kurz SIF oder K-Faktor) ist ein Maß für die Intensität der räumlichen Verteilung der mechanischen Spannung in der Nähe einer Rissspitze. Er ist eine skalare Größe, die von der äußeren Belastung sowie von der Geometrie des Risses und des Bauteils abhängt. Von der Stärke des Spannungsintensitätsfaktors hängt das Risswachstum ab.

Derjenige Spannungsintensitätsfaktor, bei dem es zur Rissinitiierung und schließlich zum Gewaltbruch kommt, ist der kritische Spannungsintensitätsfaktor $K_{\mathrm {C} }$ . Dieser Werkstoffkennwert wird auch als Riss- oder Bruchzähigkeit bezeichnet.

Rissöffnungsarten

Im Allgemeinen werden drei Rissöffnungsarten (Rissöffnungsmodi) unterschieden, denen jeweils ein Spannungsintensitätsfaktor zugeordnet ist:

Der Index ${\mathrm I}$ charakterisiert die Rissöffnung senkrecht zur Rissfläche (engl. opening mode). Dieser Rissöffnungsmodus hat die größte Bedeutung in der Praxis.

Mit Hilfe des Parameters $K_{\mathrm {I} }$ kann das vollständige Spannungsfeld an der Spitze des nach Modus ${\mathrm I}$ beanspruchten Risses charakterisiert werden:

$K_{\mathrm {I} }=\sigma \cdot {\sqrt {\pi \cdot a}}\cdot f.$

Darin beschreibt

$\sigma$ die Spannung im Bauteilquerschnitt ohne Risse (Nennspannung)
a die Risslänge
f bzw. Y einen Korrekturfaktor, der von der Riss- und der Bauteilgeometrie abhängt.

Für $K_{\mathrm {I} }$ wird die Maßeinheit ${\frac {\mathrm {N} }{\sqrt {\mathrm {mm} ^{3}}}}$ oder $\mathrm {MPa} \cdot {\sqrt {\mathrm {m} }}$ verwendet.

Die Öffnungsarten $\mathrm {II}$ und $\mathrm {III}$ beschreiben Längs- (sliding mode) bzw. Querscherung (tearing mode).

Basierend auf einem Artikel in:

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