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7.4 Festigkeitsauslegung

Hersteller und Anwender beurteilen die mechanische Belastbarkeit keramischer Bauteile derzeit auf vier Wegen und zwar

1. entsprechend der Erfahrung (intuitives Wissen),

2. mit der analytischen Berechnung der Spannungsverteilung oder

3. der numerischen Berechnung der Spannungsverteilung, aber

4. auch mit der Berechnung der Spannungsverteilung und darauf basierend mit der örtlichen Verteilung der Ausfallwahrscheinlichkeit mittels statistischer Methoden.

Der Aufwand für die Festigkeitsauslegung eines Bauteils steigt von 1. nach 4. an. Gleichzeitig jedoch steigt der Nutzungsgrad der Eigenschaften des Werkstoffs, wodurch u. U. bestimmte technische Lösungen erst möglich werden.

Die Auslegung keramischer Bauteile für die Langzeitanwendung bzw. Ermüdungsbeanspruchung kann nach den gleichen Verfahrensweisen durchgeführt werden. Da jedoch das Versagen dieser Werkstoffe meist auf eine Rissinitiierung und Risswachstumsvorgänge zurückführbar ist, ist besonders die Anwendung der bruchmechanischen Methode in Verbindung mit numerischen Rechenverfahren und statistischen Versagensmodellen zu empfehlen.

Für viele, weniger sensible Anwendungen werden in der Praxis entsprechend intuitivem Wissen und überschlägigen Berechnungen sowohl die Materialien, wie auch die Betriebsbelastungen beurteilt und dementsprechend die Bauteile ausgelegt. Das intuitive Wissen besteht aus der langjährigen Erfahrung mit der Auslegung keramischer Bauteile einerseits und mit dem Betriebsverhalten andererseits. Aus diesen Erfahrungen entstanden einige Grundregeln für die Auslegung von keramischen Werkstoffen (z. B. Druckspannungen unschädlich, Zugspannungen kritisch, Kerben kritisch, Zwangsspannungen vermeiden etc.). Eine zahlenmäßige Festlegung findet dabei jedoch nicht statt.