Die Grundlage zur Beurteilung der Tragfähigkeit eines Bauteils ist die Kenntnis über das Werkstoffverhalten bei Belastung.
Für die Auslegung von Metallteilen ist das Spannungs-Dehnungs-Diagramm von besonderer Bedeutung.
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Dieses Diagramm zeigt, wie sich ein zylindrischer Stab bei statischer Kurzzeitbelastung im Zugversuch mit steigender Dehnung bis zum Bruch verhält. Horizontal wird die relative Dehnung
Bei Werkstoffen mit kontinuierlichem Fließbeginn (also ohne ausgeprägte Streckgrenze) gibt es den Fließbereich nicht, die Kurve geht aus dem linearen Bereich kontinuierlich in den gekrümmten über. Statt
Die für die Konstruktion wichtigsten Angaben (
Vorsicht
Achtung: Bei fast allen Werkstoffen ist die Zugfestigkeit und die Fließgrenze abhängig von der Temperatur und der Beanspruchungsgeschwindigkeit!
Im Bereich der linear-elastischen Verformung gilt das Hooke'sche Gesetz. Das besagt, dass die Spannung
Das Hooke'sche Gesetz ist die Grundlage der meisten Festigkeitsberechnungen und lautet:
Der E-Modul eines Materials kann also einfach experimentell ermittelt werden, indem ein Zugstab mit einem bekannten Querschnitt und bekannter Länge einer definierten Zugkraft ausgesetzt und die daraus resultierende Längenänderung gemessen wird.
Das ist normalerweise natürlich nicht nötig, weil für alle gängigen Werkstoffe der E-Modul bereits bekannt ist.
Einige häufig benötigte Beispiele:
| Werkstoff | E-Modul in MPa bzw. ( |
| Stahl | 210.000 |
| Edelstahl | 180.000 |
| Grauguss | 78.000 bis 137.000 |
| Titan | 105.000 |
| Aluminium | 70.000 |
| Kupfer | 110.000 bis 130.000 |
Hinweis
Der E-Modul ist bei allen Stahlsorten nahezu gleich, egal wie unterschiedlich ihre Festigkeit ist. Verformungen können also nicht durch die Wahl eines höherfesten Stahls reduziert werden, sondern nur durch geometrische Maßnahmen oder die Wahl eines Nichteisen-Metalls. Der höherfeste Stahl hingegen hilft nur, die ertragbare Spannung und damit die Sicherheit gegen Bruch oder plastische Verformung zu erhöhen.
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