Ultraschallverfahren zur Rissfortschrittsmessung für die Ermittlung von Risswiderstandskurven

In der vorliegenden Arbeit wird die methodische Entwicklung eines Ultraschall-Einprobenverfahrens zur Erfassung duktilen Rissfortschritts im quasistatischen Dreipunktbiegeversuch auf der Grundlage eines Ultraschallverfahrens vorgestellt. Das Verfahren wird an Werkstoffen unterschiedlichen Zähigkeits-Festigkeitsverhältnisses erprobt.
Das Messverfahren beruht auf der wiederholten Messung der Laufzeit des von einem Sendewandler auf die Rissspitze gerichteten und dort in Richtung Empfangswandler gebeugten Ultraschallimpulses. Als Voraussetzung für die In-situ-Rissfortschrittsmessung auf der Grundlage der Signallaufzeitmessung wurde die Schallwellenausbreitung und Signalbildung mittels Schallfeldsimulationen anhand der Elastodynamischen Finiten Integrationstechnik modelliert und zusätzlich durch stroboskopische Messungen der Schallfeldausbreitung experimentell bestätigt. Zur Kalibrierung des Messverfahrens wurde ein analytischer Zusammenhang entwickelt, der die eindeutige Zuordnung der Signallaufzeit zum gesuchten Rissfortschritt gestattet und den Einfluss der während des Dreipunktbiegeversuches stattfindenden plastischen Verformungen berücksichtigt. Das Ultraschall-Laufzeit-Beugungsverfahren wurde für den Einsatz an bruchmechanischen Kleinproben (ISO-V-Geometrie) spezifiziert. Die in den Prüfvorschriften formulierte Genauigkeitsanforderung an ein Einprobenverfahren kann mit dem ULB-Verfahren erfüllt werden. Die erreichbare Messpunktdichte des Rissfortschritts ermöglicht eine nahezu kontinuierliche Darstellung resultierender J-Risswiderstandskurven.