Randorientierte Speichenfrakturen - ein quasi-statischer Erklärungsansatz

Wie gezeigt^[1] ist Kraterbildung auch durch militärische Munition in Gehwegplatten aus Granit das Ergebnis von wellenmechanischen Prozessen. Daher wurde bisher versucht, die Genese der beobachteten randorientierten Speichenfrakturen^[2] ebenfalls wellenmechanisch zu erklären. Die vorliegende Literatur gibt hierfür allerdings keinen Ansatz. Eine quasi-statische Betrachtung scheint erfolgversprechender.

Sherman^[3] trennt bei der Untersuchung von Einschlägen von Gewehrmunition in Keramikplatten die Welleneffekte von den quasi-statischen Anteilen. Die Welleneffekte verursachen die an anderer Stelle beschriebenen Zerstörungen (vor allem Kraterbildung). Die Zerstörungswirkung der quasi-statischen Anteile kann er durch seitliche Einspannung (confinement) stark reduzieren. Insbesondere geht er dabei auf spoke fractures ein. Der Krafteintrag durch das Projektil wird also quasi-statisch betrachtet.

Chai und Lawn^[4][5] beschreiben das Verhalten der Rissbildung bei Aufbringen einer statischen Punktlast im Kantenbereich eines spröden Körpers. Es wird beschrieben, dass die Spitzen wachsender Radialrisse auch auf der Oberfläche mit steigendem Abstand vom Punkt des Krafteintrags von nahen Grenzflächen angezogen werden, sobald sie diese spüren. Wie es zu diesem "sense" kommt, bleibt offen. Die Form deckt sich allerdings mit der häufig beobachteten, konvexen Glockenform der randorientierten Speichenfrakturen.

Es wird versucht, die Arbeiten von Chai und Lawn mit denen von Sherman in Verbindung zu bringen:
Die Kante einer Gehwegplatten aus Granit kann als Grenzfläche ohne confinement betrachtet werden. Bei randnahen Kratern kann die Masse der Gehwegplatte in Richtung der entfernt liegenden Kanten als kraftfreies confinement nach Sherman angesehen werden. Die von Chai und Lawn beschriebene Randorientierung könnte mit dem fehlenden confinement der nahen Kante erklärt werden.

In ^[2:1] wurde statistisch gezeigt, dass nahe Krater ebenfalls als Kanten angesehen werden können, in deren Richtung sich Speichenfrakturen orientieren. Diese sind zum einen von Steinmasse eingeschlossen (confinement) zum anderen sind sie aus Sicht des fremden Kraters mit einem negativen Winkel θ abgeschrägt. Nach Chai und Lawn verringert eine solche Abschrägung die Anziehungskraft einer Grenzfläche.

Hier könnte ein anderer Effekt ins Spiel kommen: Wir sehen nur die Speichenfrakturen, die sich entwickelt haben. Nach Forquin und Hild^[6] bilden sich Risse auf Basis von Vorschädigungen. Nach Chai und Lawn bilden sich radiale Risse in alle Richtungen um den Punkt der Krafteinwirkung. Nur die Risse in Richtung der nahen Kante wachsen. Um einen weniger randnahen Krater bilden sich durch die quasi-statische Keilwirkung des Einschlags umlaufend radiale Risse, die sich aber nicht weiter entwickeln. Erst durch den Einschlag eines weiteren Projektils in der Nähe des ersten Kraters bilden sich von diesem Speichenfrakturen aus, die beim Wachsen die Kräfte in die Vorschädigungen um den ersten Krater entladen.

Dieser Betrachtung folgend ist die Ausbildung der randorientierten Speichenfrakturen also nicht ursächlich mit der Wucht des Einschlags assoziiert. Wie McPherron et al. in ihrer Arbeit^[7] zur Genese von Werkzeugen aus Feuerstein zeigen, ist die Wucht eines [Ein|Ab]schlags für die Ausbildung von randorientierten Rissen aber nicht hinderlich.