Einfluß der Bauteilgröße in der linearen und nichtlinearen (Holz-)Bruchmechanik

Zusammenfassung

Bruchmechanische Ansätze zur Traglastbeschreibung von (Holz-) Bauteilen implizieren einen Bauteilgrößeneinfluß derart, daß größere Strukturen eine geringere Tragfähigkeit aufweisen als maßstäblich kleinere. Das Ausmaß des Maßstabseffekts ist abhängig davon, ob die Gesetzmäßigkeiten der linearen oder nichtlinearen Bruchmechanik (LEFM bzw. NLFM) zutreffen.

Nach einem Abriß der linearen Bruchmechanik wird das LEFM-Maßstabsgesetz erläutert, mit der Weibull-Theorie verglichen und die Zwangsläufigkeit einer Gültigkeitsgrenze bei kleinen Größen aufgezeigt. Es folgt Grundlegendes zur nichtlinearen Bruchmechanik, speziell dehnungsentfestigender Materialien wie Holz. Begriffe wie Bruchprozeßzonen und charakteristische Längen werden diskutiert. Es läßt sich zeigen, daß das Bazant'sche NLFM-Maßstabsgesetz einen Brückenschlag von klassischen Festigkeitskriterien zur LEFM-Gesetzmäßigkeit erlaubt.

Abstract

Fracture mechanics models for assessment of load bearing capacity of (wood) structures imply an influence of structure size such that larger structures show lower capacities compared to smaller ones of alike shape. The size effect scale depends on whether principles of linear or nonlinear fracture mechanics (LEFM resp. NLFM) are adequate.

Following a brief survey of linear fracture mechanics the LEFM size effect law is given and compared to Weibull theory. The necessity of an LEFM application limit along with smaller sizes is demonstrated. next, basics of nonlinear fracture mechanics especially of strain softening materials such as wood are outlined and terms like fracture process zones and characteristic lengths are discussed. It is shown how Bazant's NLFM size effect law enables the link between classic strength approaches and linear fracture mechanics.