Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Glas-Grundlagen Mechanische Eigenschaften 18.06.2015 Leitsatz: "Die große Schwankungsbreite der erreichten mechanischen Festigkeitswerte von Glas ließ schon sehr frühzeitig die berechtigte Frage nach der theoretisch überhaupt möglichen Festigkeit aufkommen. [...] Im allgemeinen liegt die effektive Festigkeit der Gläser bei etwa 50 MPa [...]. Geht man jedoch bei Festigkeitsmessungen an Gläsern auf kleinere Abmessungen der Prüfkörper über [...], dann stellt man nach Stockdale, Tooley und Ying eine Festigkeit von etwa 690 MPa fest. Sie steigt weiter auf den abnorm hohen Wert von etwa 3330 MPa an, wenn man schließlich dünne Glasfasern eines Durchmessers von etwa 3 µm untersucht." W. Vogel, Glaschemie, S. 411 Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Glas-Grundlagen „Mechanische Eigenschaften“ Ziele Festigkeitsverhalten von Gläsern phänomenologisch beschreiben können sowie wichtige Einflussgrößen und Messmethoden zur Quantifizierung des Festigkeitsverhaltens von Gläsern bruchmechanisch und technologisch ableiten können. ð Bruchmechanische Kenngrößen quantifizieren können ð Mikrostrukturelle Einflussgrößen ableiten können ð Spannungszustände messtechnisch erfassen können ð Härte von Gläsern technologisch begründen können Inhalte Begriffe und Definitionen Bezeichnung mechanischer Kenngrößen Festigkeit Theoretische und effektive Festigkeit von Glas Mechanische Spannungen im Glas Doppelbrechung und spannungsoptische Koeffizienten Härte Mikrohärte, Schleifhärte, Messmethoden Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Lerntafel 1 Spannungs-Dehnungs-Diagramm und Bezeichnungen mechanischer Kenngrößen Vergleich der Zugfestigkeiten und der E-Moduli von Werkstoffen Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Bemessungs-Spannungs-Dehnungs-Diagramme verschiedener Werkstoffe, nach G. Neroth, D. Vollenschaar (Hrsg.), Wendehorst Baustoffkunde: Grundlagen – Baustoff – Oberflächenschutz, 2. Aufl., Vieweg+Teubner Verlag, 2011, ISBN-978-3-8351-0225-5 Spannungs-Dehnungs-Verhalten einiger Werkstoffe (Auswahl) Viskoelastisches Materialverhalten (schematisch) Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Lerntafel 2 Festigkeit von Glas mit bruchverursachenden Risstypen nach G. Neroth, D. Vollenschaar et al. Verknüpfung von Spannungen und Dehnungen durch 3x3-Matrix Rissöffnungsarten und zugehörige Spannungen Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Vergleich der Bruchzähigkeiten von Werkstoffen Schematische Betrachtung: Spannungsintensitätsfaktor K IC und Bauteilversagen Bruchfläche einer Flachglasplatte mit Bruchspiegel, feiner und grober Rauheit, sowie Bruchgabelung nach Kerkhof Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk K IC und K IO in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen nach G. Neroth, D. Vollenschaar et al. Empirische Formel zur Berechnung der Risswachstumsgeschwindigkeit in Gläsern und Materialkonstanten S,n. Rissausbreitungsgeschwindigkeiten, qualitative Darstellung Festigkeitsänderungen als Funktion der Zusammensetzung Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk A0: unbehandelt A1: Oberfläche grob beschädigt (P 80), unbeschichtet, thermisch behandelt A2: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch unbehandelt A3: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch behandelt B1: Oberfläche fein beschädigt (P 180), beschichtet (ca. 20 µm), thermisch behandelt B2: Oberfläche nicht beschädigt, beschichtet (ca. 20 µm), thermisch behandelt Weibull-Festigkeiten einiger technischer Gläser als Funktion der Beschädigung, Beschichtung und thermischen Behandlung, nach Clasen Lerntafel 3 Spannungspolarisation (Doppelbrechung) im Glas: positive und negative Indikatrix Optische Indikatrix und Doppelbrechung (schematisch) am Beispiel dreiachsiger Ellipsoid Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk Lerntafel 4 Vergleich der Methoden der Härtemessung Härteskala nach Mohs Härteprüfverfahren (Vergleich) Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2015, PD Dr.-Ing. Guido Falk
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