Weakest-link failure predictions for ceramics III: Uniaxial and biaxial bend tests on alumina

To obtain a complete and reliable data set of Weibull parameters for the validation of numerical models for weakest-link failure probability calculations on ceramic components, uniaxial (three- and four-point) and biaxial (ball-on-ring and ring-on-ring) bend tests were performed on two aluminas. With the uniaxial data sets, the biaxial experiments were predicted applying two fracture criteria, the mode I failure and the maximum noncoplanar strain energy release rate for penny-shaped cracks. The best fitting criterion for the materials turns out to be different showing a marked difference in their shear stress sensitivity. Um die Gültigkeit numerischer Modelle für die Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit schwächster Bindungsstellen in keramischen Bauteilen zu überprüfen, wurden zur Erstellung eines vollständigen und verläßlichen Datensatzes von Weibull-Parametern uniaxiale (d.h. Drei-Punkt- und Vier-Punkt-Biegeversuche) und biaxiale (d.h. Kugelauf-Ring- und Ring-auf-Ring-Biegeversuche) Biegeversuche mit zwei verschiedenen Aluminiumoxid-Keramiken durchgeführt. Mit Hilfe des Datensatzes über die uniaxiale Beanspruchung konnten die biaxialen Experimente vorhergesagt werden, und zwar indem zwei Bruchkriterien hierbei herangezogen wurden: einerseits Versagen unter Mode I und andererseits maximale Freisetzungsrate der nicht coplanaren Verformungsenergie für den Fall mondförmiger Risse. Es zeigt sich, daß das Kriterium, welches jeweils das Verhalten der untersuchten Werkstoffe am besten beschreibt, deutlich von der Empfindlichkeit des Materials gegenüber Scherspannungen abhängt. Pour vérifier la validité des modèles numériques en ce qui concerne les calculs de probabilité de rupture du maillon le plus faible dans des composants céramiques, des essais uniaxiales de flexion (trois et quatre points) et biaxiales (bille sur anneau et anneau sur anneau) ont été réalisés sur deux alumines différentes pour obtenir une liste complète et fiable de paramètres Weibull. A l'aide des données uniaxiales, les expériences biaxiales ont été prédites en applicant, deux critères de fracture, le mode I de rupture et le taux maximum de libération d'énergie de déformation sous charge noncoplanaire pour des fissures prismatiques. Le critère le plus adapté pour les deux matériaux semble différent car ils montrent une différence marquée dans leur sensibilité à la contrainte de cisaillement.