Risswachstum

Risswachstum beschreibt die fortschreitende Ausdehnung einer Risslinie in einem Material unter Einwirkung von Belastung. Es ist ein zentrales Phänomen der Bruchmechanik, das die Bruchanfälligkeit eines Bauteils bestimmt, da ein Riss mit zunehmender Länge die Belastbarkeit reduziert und die verbleibende Lebensdauer verkürzen kann.

Risse können statisch wachsen, wenn ein stationärer oder langsamer sich ändernder Spannungszustand ausreicht, oder durch zyklische Belastung, also Ermüdung. Umweltfaktoren wie Korrosion, Temperaturwechsel oder Feuchtigkeit können das Wachstum beschleunigen.

Die Bruchmechanik beschreibt Risswachstum durch Kennzahlen wie den Spannungsintensitätsfaktor K und dessen Änderung DeltaK bei Lastwechseln. In vielen Materialien folgt die Risszuwachsrate da/dN dem Paris-Gesetz; es gibt Grenzwerte wie DeltaKth, unterhalb dessen der Riss nicht wächst, sowie K_IC, die Bruchzähigkeit des Materials.

Experimentell lassen sich Risswachstum mit Proben wie Compact-Tension (CT) Proben oder Vierpunktbiegungen ermitteln. Aus Risswachstumsdaten können Lebensdauervorhersagen, Sicherheitsfaktoren und Wartungsintervalle abgeleitet werden. Rechnerische Methoden, etwa Finite-Elemente-Analysen, unterstützen die Bestimmung von DeltaK und der verbleibenden Lebensdauer.

Anwendungsrelevanz besteht in der Luft-, Schiff- und Bauingenieurwesen, wo Risswachstum zu plötzlichen Versagen führen kann. Verhinderung erfolgt durch Materialwahl, Oberflächenbehandlung, Designoptimierung, Überwachung von Rissen und Wartung.