Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Sensors zur gleichzeitigen Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren (K-Faktoren) und der Risslage. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden zwei Aufgaben zur Charakterisierung der Risse (Detektierung von Risslage und Größe und Quantifizierung des Beanspruchungszustandes an der Rissspitze) mit Hilfe nur eines Sensors ermöglicht. Es wurde effiziente, kostengünstige und leicht zu applizierende Technik zur experimentellen bruchmechanischen Beanspruchungsanalyse entwickelt. Eine Struktur mit Riss wird großflächig mit einer piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-Folie (PVDF-Folie) beklebt und eine ausreichende Anzahl von Elektroden befindet sich im Bereich des möglichen/vorhandenen Risses. Die an den Elektroden abgegriffenen elektrischen Potentiale bzw. Ladungen sind ein Maß für die Verzerrungen an der Oberfläche des Bauteils und ermöglichen die Berechnung der bruchmechanischen Größen am Riss. Dabei beschränkte man sich auf die Anwendung des Sensorkonzeptes im Rahmen der Scheiben- und Plattentheorie.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Sensors zur gleichzeitigen Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren (K-Faktoren) und der Risslage. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden zwei Aufgaben zur Charakterisierung der Risse (Detektierung von Risslage und Größe und Quantifizierung des Beanspruchungszustandes an der Rissspitze) mit Hilfe nur eines Sensors ermöglicht. Es wurde effiziente, kostengünstige und leicht zu applizierende Technik zur experimentellen bruchmechanischen Beanspruchungsanalyse entwickelt. Eine Struktur mit Riss wird großflächig mit einer piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-Folie (PVDF-Folie) beklebt und eine ausreichende Anzahl von Elektroden befindet sich im Bereich des möglichen/vorhandenen Risses. Die an den Elektroden abgegriffenen elektrischen Potentiale bzw. Ladungen sind ein Maß für die Verzerrungen an der Oberfläche des Bauteils und ermöglichen die Berechnung der bruchmechanischen Größen am Riss. Dabei beschränkte man sich auf die Anwendung des Sensorkonzeptes im Rahmen der Scheiben- und Plattentheorie.

Es werden hydrostatisch stranggepresste Aluminium/Magnesium-Verbunde untersucht. Mittels verschiedener Rissdetektionsmethoden wird die Beschaffenheit des Interface analysiert. Es erfolgt die Bestimmung von Fließkurven der verpressten Einzelwerkstoffe bei Raumtemperatur. Des Weiteren erfolgen Eigenspannungsanalysen mit dem Bohrlochverfahren und einer speziellen numerischen Auswertungsmethode, welche den Entstehungsprozess der Eigenspannungen berücksichtigt. Zur Analyse der Festigkeitseigenschaften und des Deformationsverhaltens des Interface werden Biegeversuche in einem erweiterten Temperaturbereich durchgeführt. Die Deformationsanalyse erfolgt mittels Digital Image Correlation. Des Weiteren finden in den Festigkeitsuntersuchungen Push-Out-Versuche Anwendung. In bruchmechanischen Analysen wird die Interfacerissspitze von speziell entwickelten Proben unter Mode I-Bedingungen, bezogen auf den homogenen Fall, beansprucht. Die bruchmechanischen Größen – kritischer betragsmäßiger Spannungsintensitätsfaktor und kritische Energiefreisetzungsrate – werden auf Basis der Experimente, der numerischen Simulation der Rissspitzenbeanspruchung sowie der für die linear-elastische Bruchmechanik des Interfacerisses geltenden Nahfeldgleichungen berechnet. / Hydrostatic coextruded aluminum/magnesium compounds are analyzed. By means of different methods of crack detection, the quality of the interface is investigated. Plastic behavior of the basic materials at room temperature is determined. Furthermore, residual stress analyses are performed using the hole drilling method and a special numerical evaluation procedure, which considers the formation process of the residual stresses. The strength and deformation behavior of the interface are determined by means of bending tests in an extended temperature range. Digital Image Correlation is used to analyze the deformation. Furthermore, push out tests are performed to determine the interface strength. In the course of fracture mechanical analyses, the crack tip of specially developed specimens is stressed under Mode I conditions (relating to homogeneous material). The fracture mechanical values – critical absolute value of the stress intensity factor and critical energy release rate – are determined by the use of experiments, numerical analyses of the crack tip fields as well as the equations of the linear elastic near field equations of interface fracture mechanics.

Es werden hydrostatisch stranggepresste Aluminium/Magnesium-Verbunde untersucht. Mittels verschiedener Rissdetektionsmethoden wird die Beschaffenheit des Interface analysiert. Es erfolgt die Bestimmung von Fließkurven der verpressten Einzelwerkstoffe bei Raumtemperatur. Des Weiteren erfolgen Eigenspannungsanalysen mit dem Bohrlochverfahren und einer speziellen numerischen Auswertungsmethode, welche den Entstehungsprozess der Eigenspannungen berücksichtigt. Zur Analyse der Festigkeitseigenschaften und des Deformationsverhaltens des Interface werden Biegeversuche in einem erweiterten Temperaturbereich durchgeführt. Die Deformationsanalyse erfolgt mittels Digital Image Correlation. Des Weiteren finden in den Festigkeitsuntersuchungen Push-Out-Versuche Anwendung. In bruchmechanischen Analysen wird die Interfacerissspitze von speziell entwickelten Proben unter Mode I-Bedingungen, bezogen auf den homogenen Fall, beansprucht. Die bruchmechanischen Größen – kritischer betragsmäßiger Spannungsintensitätsfaktor und kritische Energiefreisetzungsrate – werden auf Basis der Experimente, der numerischen Simulation der Rissspitzenbeanspruchung sowie der für die linear-elastische Bruchmechanik des Interfacerisses geltenden Nahfeldgleichungen berechnet. / Hydrostatic coextruded aluminum/magnesium compounds are analyzed. By means of different methods of crack detection, the quality of the interface is investigated. Plastic behavior of the basic materials at room temperature is determined. Furthermore, residual stress analyses are performed using the hole drilling method and a special numerical evaluation procedure, which considers the formation process of the residual stresses. The strength and deformation behavior of the interface are determined by means of bending tests in an extended temperature range. Digital Image Correlation is used to analyze the deformation. Furthermore, push out tests are performed to determine the interface strength. In the course of fracture mechanical analyses, the crack tip of specially developed specimens is stressed under Mode I conditions (relating to homogeneous material). The fracture mechanical values – critical absolute value of the stress intensity factor and critical energy release rate – are determined by the use of experiments, numerical analyses of the crack tip fields as well as the equations of the linear elastic near field equations of interface fracture mechanics.