Fracture in spruce: experiment and numerical analysis by linear and non linear fracture mechanics

English. This paper first presents a simplified Damage Mechanics (DM) model for the simulation of fracture in wood. All damage phenomena are assumed to occur on a surface (or a line in a 2D problem). Then test results of mode I fracture inspruce and fir are given. The size effect is investigated. Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and DM are compared for a simulation of three point bending tests, classically used for the determination of the fracture energy (Gf) in tension perpendicular to grain. The study of the observed size effect gives the range of applicability of LEFM. The critical energy release rate (Gc) and the fracture energy (Yf) that are energy parameters of LEFM and DM, respectively, are identified for small specimens and compared with the experimentally dissipated energy to fracture the specimen (Gf). Load-displacement curves are correctly predicted with both methods. Gf can be considered as a material parameter, and it is verified that a non-linear approach is necessary for the simulation of fracture of small specimens.

German. Die Arbeit stellt zunaechst ein vereinfachtes Modell der Schadensmechanik (DM) zur Simulation des Bruchverhaltens vor. Fuer alle Schaedigungen wird angenommen, dass sie an der Oberflaeche stattfinden (bzw. in einer Linie bei einem 2D-Problem). Danach werden Testergebnisse des Bruchverhaltens in Mode I fuer Fichten- und Tannenholz beschrieben. Der Einfluss der Probengroesse wird dabei untersucht. Lineare elastische Bruchmechanik (LEFM) und DM werden verglichen fuer den Fall einer Drei-Punkt-Biegepruefung, die ueblicherweise zur Bestimmung der Bruchenergie (Gf) senkrecht zur Faser herangezogen wird. Der Einfluss der Probengroesse bestimmt den Bereich der Anwendbarkeit der LEFM. Die kritische freigesetzte Energie (Gc) und die Bruchenergie (Yf), beides Parameter der LEFM, werden fuer jede Probe bestimmt und mit der experimentell freigesetzten Energie beim Bruch (Gf) verglichen. Die Verformung unter Belastung wird mit beiden Methoden korrekt beschrieben. Gf kann als Materialkonstante angesehen werden. Es wird gezeigt, dass zum Beschreiben des Bruchverhaltens kleiner Proben ein nichtlinearer Ansatz notwendig ist.