Kursangebot | Baustofftechnik 1 | Kriechen, Relaxation

Baustofftechnik 1

Kriechen, Relaxation

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Nachdem wir bereits einiges über die Eigenschaften von Baustoffen erlernt haben, gehen wir nun auf das Kriechen und die Relaxation ein. 

Video: Kriechen, Relaxation

 

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Kriechen und Relaxation

Im ersten Schritt definieren wir die beiden Begriffe und widmen uns anschließend der formalen und grafischen Darstellung. 

Definitionen

Merke

Hier klicken zum AusklappenKriechen: Unter dem Kriechen versteht man den Verformungsanstieg im Zeitverlauf bei einer konstanten Spannung.

Relaxation: Die Relaxation hingegen beschreibt den Spannungsabfall im Zeitverlauf bei einer konstanten Dehnung.

Bereits hier merkt man, dass jeweils ein unterschiedlicher Blickwinkel gewählt wird (konstante Spannung ↔ konstante Dehnung). 

Einflussparameter

Wie sich ein Baustoff in Bezug auf Kriechen und Relaxation verhält, ist von unterschiedlichen Parametern abhängig. Nachfolgend haben wir dir einige aufgeführt:

  1. Struktur des Baustoffs
  2. Dauer der Belastung (kurz, lang)
  3. Art der Aufbringung und Höhe der Spannung
  4. Umwelteinflüsse wie zum Beispiel Temperatur oder Wind

Grafische Darstellung von Kriechen und Relaxation

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Kriechen und Relaxation - Kurvenverläufe

 

In der linken Abbildung siehst du unterschiedliche Kurvenverläufe für unterschiedliche Spannungen. Es gilt hier, je höher die Spannung desto höher die Dehnung im Zeitverlauf. In der rechten Abbildung hingegen sieht man, dass die Kurven der unterschiedlichen Spannungen mit der Zeit sehr ähnlich abfallend verlaufen. 

Neben den Angaben zu Spannung und Dehnung kann man zusätzlich auch drei weitere Werte ableiten:

  1. Kriechgrenze: Die Kriechgrenze beschreibt die Spannung, bei welcher unter Dauerlast noch keine messbaren Verformungen im Zeitverlauf auftreten.
  2. Zeitstandfestigkeit: Dieser Wert stellt die maximal verträgliche Spannung, die der Baustoff innerhalb eines festgelegten Zeitraumes ohne Bruch aushalten kann.
  3. Dauerstandfestigkeit: Dieser Wert stellt auch einen Wert für eine maximal verträgliche Spannung dar. Hier sollte der Baustoff auch eine unendliche Belastung aushalten ohne zu brechen. 

Formale Beschreibung des Kriechens

Wenn sich der Baustoffwissenschaftler mit dem Kriechen beschäftigt, so interessieren ihn primär zwei Werte, die Kriechzahl, das Kriechmodul und die daraus abgeleitete Kriechfunktion des Baustoffs. Formal werden diese beschrieben mit:

Methode

Hier klicken zum AusklappenKriechzahl: $\varphi (t) = \frac{\varepsilon_k (t)}{\varepsilon_{el}(t_0)} $

Kriechmodul: $ E_k (t) = \frac{\sigma_k}{\varepsilon_{el}(t_0) + \varepsilon_k (t)} = \frac{E(t_0)}{1 + \varphi (t)} $

Kriechfunktion: $ J = \frac{1}{\sigma_k} \cdot \varepsilon_{el} + \varepsilon_{k} $

Die zugehörigen Größen sind:

  1. $ \varepsilon_k (t) $ = Kriechdehnung zum Zeitpunkt $t $,
  2. $ \varepsilon_{el} (t_0) $ = elastische Dehnung bei Belastung zum Zeitpunkt $ t_0 $,
  3. $ E(t_0) $ = Elastizitätsmodul zum Zeitpunkt $ t_0 $,
  4. $ \sigma_k $ = konstante Spannung, die ein Kriechen erzeugt.