Examination of J-Integral methods and their applicability to tough polypropylene materials

Zur Charakterisierung des Bruchverhaltens von nicht-linear elastisch plastischen Materialien wird üblicherweise eine Risswiderstandskurve (J-R Kurve) verwendet. Das J-integral repräsentiert die Differenz zwischen der potentiellen Energie bei einem infinitesimalen Rissfortschritt eines linear oder nicht-linear elastischen Materials. Verwendet man das J-integral für Materialien welche elastisch plastische Deformationsmechanismen zeigen, so müssen einige Randbedingungen beachtet werden. Daher existieren unterschiedliche Methoden zur Ermittlung einer Risswiderstandskurve von nicht-linear elastisch plastischen Materialien. In dieser Arbeit lag der Fokus bei der“ Load-Separation“-Methode und deren Herausforderungen während der Anwendung auf Polymere. Dafür wurden drei unterschiedliche Typen von Polypropylen (PP-H, PP-R und PP-B) untersucht. Zum Vergleich der ermittelten Risswiderstandskurve der „Load-Separation“-Methode wurde eine zweite Methode („Mulit-Specimen“-Methode) verwendet. Der große Einfluss der ausgewählten elastischen Nachgiebigkeit auf die Ergebnisse der Risswiderstandskurve wurde genau untersucht. Vor allem im ersten Bereich der „Load-Separation“-Kurve (kleine plastische Deformationen/“unseparable region“) und im Plateau-Bereich (konstante Werte des“ Load Separation“-Parameters) zeigte sich eine große Abhängigkeit von der gewählten elastischen Nachgiebigkeit. Der letzte Bereich der „Load Separation“-Kurve (charakteristisch für stabiles Risswachstum) ist jedoch unabhängig von der gewählten elastischen Nachgiebigkeit. Dies deutet auf eine Schlüssel-Rolle der Steigung ms im letzten Bereich der „Load-Separation“-Methode hin. Die Steigung ms repräsentiert den auftretenden Rissfortschritt bezogen auf die verursachte plastische Deformation. Abschließend wurden die Ergebnisse der „Load Separation“-Methode noch mit den Ergebnissen der „Multi Specimen“-Method verglichen. Die Risswiderstandskurven lagen in einem ähnlichen Wertebereich, jedoch stellt eine exakte Charakterisierung des Rissfortschrittes einige Herausforderungen dar.