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Reaktion von steifen Systemen auf Änderung der Spannungsrate
 
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Dirk M



Anmeldungsdatum: 03.04.2020
Beiträge: 3

Beitrag Dirk M Verfasst am: 03. Apr 2020 16:25    Titel: Reaktion von steifen Systemen auf Änderung der Spannungsrate Antworten mit Zitat

Ich schreibe gerade eine wissenschaftliche Arbeit über das mechanische Verhalten von Tonsteinen. Bei den Versuchen, die ich mache, handelt es sich um Belastungsversuche. Dabei werden die Gesteine solange belastet, bis sie brechen. Bevor der sogenannte Abschervorgang beginnt, müssen die Gesteine in der Prüfmaschine erst auf eine gewisse mechanische Belastungsspannung hochgefahren werden.
Dabei ist mir aufgefallen, dass bei einer Änderung der mechanischen Spannungsrate die steifsten Gesteine sofort auf die Änderung der mechanischen Spannung reagieren, was sich durch einen Knick in der Verformungs-Zeit-Kurve zeigt. Bei weicheren Gesteinen ist dies nicht der Fall. Sie reagieren zwar auch mit einer verminderten Verformungsrate, zeigen diesen Kncik aber nicht, sondern eher einen kontinuierlichen Übergang.

Nach meiner Intuition würde ich sagen, dass steife Systeme schneller aus Spannungsänderungen reagieren als weiche Systeme. Bei allen Gesprächen (3-4 Stück), die ich mit anderen Leuten (Geologen und Bauingenieure) darüber geführt habe, stieß diese Sicht auf Zustimmung. Nur habe ich dazu nichts in der Literatur gefunden.

Daher meine Frage: Kann ich das so interpretieren und wo kann ich das nachlesen?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 823

Beitrag Frankx Verfasst am: 03. Apr 2020 18:23    Titel: Antworten mit Zitat

Das erinnert mich an das Verhalten von spröden Materialien.
Spröde Materialien sind relativ steif, zeigen aber bei Belastung irgendwann plötzliche Änderungen. Extremes Beispiel ist Glas.



.
Dirk M



Anmeldungsdatum: 03.04.2020
Beiträge: 3

Beitrag Dirk M Verfasst am: 04. Apr 2020 16:44    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Frankx,

das geht schon stark in die Richtung. Bei Geomaterialien hat man die ganze Bandbreite von spröd bis duktil reagierender Materie, von granularem bis monolithischen Materiebeschreibungen, von kontinuumsmechanischen bis diskontinuumsmechanischen Ansätzen.

Die Gesteine, die ich untersuche liegen in ihrem Verhalten zwischen Boden und Fels. Fels reagiert, bis auf Salzgestein, bei Spannungsbedingungen, wie sie an der Oberfläche oder in geringer Tiefe vorherrschen, vorwiegend spröde. Böden reagieren, wenn man einen Boden als Ganzes betrachtet und nicht dessen Einzelbestandteile, meist duktil. Was ich untersuche, sind sog. veränderlich-feste Gesteine (z. B. Tonstein, Schluffstein, Mergel). Da gibt es einige Gesteinstypen, die eher spröde agieren (also eine "Fels"-Schlagseite in ihrem Verhalten zeigen), und andere, die eher duktil reagieren (also eine "Boden"-Schlagseite in ihrem Verhalten zeigen).

Daher ist der Hinweis zum Glas nicht schlecht. Kannst du da auf eine Literaturstelle verweisen, die zitiert werden kann?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4704

Beitrag Mathefix Verfasst am: 04. Apr 2020 16:59    Titel: Antworten mit Zitat

Es werden 3 Kategorien von Brüchen unterschieden

- Verformungsbruch
- Ermüdungsbruch
- Sprödbruch (Gewaltbruch)

Sprödbruch tritt bei harten Materialien mit geringer Zähigkeit auf. Im Spannungs-/Dehnungsdiagramm zeigt sich ein steiler Anstieg der Geraden. Vor dem Erreichen der Elastizitätsgrenze tritt schlagartig der Bruch ein. Die Ursache sind kleinste Risse im Material, die durch das Gefüge gehen, da sich durch Kerbwirkung Spannungsspitzen bilden.
Für tiefergehende Betrachtungen müsste man sich mit der Kristall- bzw. Molekülstruktur des Materials beschäftigen.
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 823

Beitrag Frankx Verfasst am: 05. Apr 2020 20:15    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Kannst du da auf eine Literaturstelle verweisen, die zitiert werden kann?


Ich kann nur auf Wiki verweisen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sprödbruch


.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4704

Beitrag Mathefix Verfasst am: 06. Apr 2020 09:52    Titel: Antworten mit Zitat

Frankx hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
Kannst du da auf eine Literaturstelle verweisen, die zitiert werden kann?


Ich kann nur auf Wiki verweisen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sprödbruch.


Ist bei mir schon über 50 Jahre her. Eigenes Restwissen; Quellen zu Bruchhypothesen: "Dreyer/Münder Festigkeitslehre und Elastizitätslehre, 1966 VEB Leipzig " und " Festigkeits- und Elastizitätslehre, Müller, 1962 Westermann Verlag" sind nicht mehr verfügbar.
Dirk M



Anmeldungsdatum: 03.04.2020
Beiträge: 3

Beitrag Dirk M Verfasst am: 08. Apr 2020 16:23    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für die Hinweise.

Ich habe zwei Infos nicht gegeben:
1. Es geht nicht um Brucherscheinungen.
2. Die Spannungsrate wird versuchstechnisch kontrolliert und die sich ergebende Dehnung gemessen.

Oder ich formuliere die Frage um:

Warum reagieren steife Systeme schneller auf eine Spannungsänderung (z. B. von 1 kPa/s auf 0,5 kPa/s) als weichere Systeme?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 4704

Beitrag Mathefix Verfasst am: 08. Apr 2020 18:42    Titel: Antworten mit Zitat

Dirk M hat Folgendes geschrieben:
Danke für die Hinweise.

Ich habe zwei Infos nicht gegeben:
1. Es geht nicht um Brucherscheinungen.
2. Die Spannungsrate wird versuchstechnisch kontrolliert und die sich ergebende Dehnung gemessen.

Oder ich formuliere die Frage um:

Warum reagieren steife Systeme schneller auf eine Spannungsänderung (z. B. von 1 kPa/s auf 0,5 kPa/s) als weichere Systeme?


Es gilt



E ist die Steigung der Geraden. Da spröde/harte Materialien einen hohen Elastizitätsmodul (s. Anhang) haben, ist die Steigung der Geraden grösser d.h. kleine Änderungen führen zu stärkeren Ausschlägen.



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