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Die Beanspruchung eines Bauteils oder einer Werkstoffprobe kann statisch oder dynamisch erfolgen.
Liegt eine Statische Beanspruchung vor, so lassen sich Werkstoffkennwerte wie die Streckgrenze oder die Zugfestigkeit bestimmen.
Für die Bestimmung der Zugfestigkeit empfiehlt sich der Zugversuch.
Merke
Beispiel: Amboss
Beispiel
Läge der Amboss nun nicht mehr auf einem Stahlträger, sondern auf einem dünnen Blech, so könnte dieses ab einem bestimmten Wert der Kraft zusammenbrechen.
Den typischen Verlauf einer statischen Beanspruchung kennzeichnet, dass eine Last aufgebracht und anschließend gehalten wird.
Einen typischen Verlauf siehst du in der nächsten Abbildung.
Wie du der Abbildung entnehmen kannst, startet die Beanspruchung im Ursprung und steigt dann kontinuierlich im Zeitverlauf, bis sie ab einem bestimmten Wert konstant bleibt.
Versagensgrenzen
Hierbei werden die Vergleichspannungen mit den Werkstoffkennwerten des Zugversuchs verglichen. Es gelten dabei folgende Versagensgrenzen:
- Anriss und Bruch
- unzulässige plastische Verformung
Der Anriss bzw. der Bruch setzt ein, sobald die Belastung den Wert der Zugfestigkeit $ R_m $ erreicht. Um diese Art der Spannung eindeutig von anderen Spannungen unterscheiden zu können, erhält sie den Index $ G $.
Merke
Unzulässige plastische Verformung
Die unzulässige plastische Verformung beginnt, sobald die Grenzspannung $\sigma_G $ den Wert der oberen Streckgrenze $\ R_{eH}$ bzw. den Wert der Dehngrenze (Proportionalitätsgrenze) $\ R_{p 0,2} $ erreicht. Die beiden genannten Werte sind werkstoffspezifisch.
Beispiel
Instabilitätsfall
Zudem können unzulässige Verformungen auch indirekt entstehen, wenn ein Instabilitätsfall auftritt. Zu den Instabilitätsfällen zählen:
- Knicken
- Kippen
- Beulen
Merke
Sobald die Betriebstemperaturen zunehmen, sind die Kennwerte unbrauchbar, da die Festigkeiten der Werkstoffe kontinuierlich abnehmen. Ab einer Temperatur von mehr als 350 °C bei Stählen und bei ca. 100 °C bei Aluminium ist die Kristallerholungstemperatur überschritten und ein Kriechen setzt ein. Nicht weniger kritisch äußern sich niedrige Temperaturen. Hier tritt eine Kaltsprödigkeit des Werkstoffs ein, welche eine Fließbehinderung und damit ein sprödes Verhalten bewirkt.
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