WAS IST ERTRAGSANSTRENGUNG UND WIE ERHÄLT MAN SIE? - KÖRPERLICH - 2025

Die Streckgrenze ist definiert als die Anstrengung, die ein Objekt benötigt, um sich dauerhaft zu verformen, dh sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen oder zu brechen.

Da diese Grenze für einige Materialien etwas ungenau sein kann und die Präzision der verwendeten Ausrüstung ein Gewichtsfaktor ist, wurde in der Technik festgestellt, dass die Streckgrenze in Metallen wie Baustahl eine bleibende Verformung von 0,2% erzeugt das Objekt.

Abbildung 1. Die im Bauwesen verwendeten Materialien werden getestet, um festzustellen, wie viel Spannung sie aushalten können. Quelle: Pixabay.

Es ist wichtig, den Wert der Streckgrenze zu kennen, um zu wissen, ob das Material für die Verwendung geeignet ist, die Sie den damit hergestellten Teilen geben möchten. Wenn ein Teil über die Elastizitätsgrenze hinaus verformt wurde, kann es möglicherweise seine beabsichtigte Funktion nicht korrekt ausführen und muss ersetzt werden.

Um diesen Wert zu erhalten, werden normalerweise Tests an Proben durchgeführt, die mit dem Material hergestellt wurden (Reagenzgläser oder Proben), die verschiedenen Spannungen oder Belastungen ausgesetzt sind, während die Dehnung oder Dehnung gemessen wird, die sie mit jedem einzelnen erfahren. Diese Tests werden als Zugversuche bezeichnet.

Um einen Zugversuch durchzuführen, üben Sie zunächst eine Kraft von Null aus und erhöhen Sie den Wert schrittweise, bis die Probe bricht.

Dehnungsspannungskurven

Die durch den Zugversuch erhaltenen Datenpaare werden durch Aufbringen der Last auf die vertikale Achse und der Dehnung auf die horizontale Achse aufgetragen. Das Ergebnis ist ein Diagramm wie das unten gezeigte (Abbildung 2), das als Spannungs-Dehnungs-Kurve für das Material bezeichnet wird.

Daraus werden viele wichtige mechanische Eigenschaften bestimmt. Jedes Material hat seine eigene Spannungs-Dehnungs-Kurve. Einer der am meisten untersuchten ist der von Baustahl, auch Weichstahl oder kohlenstoffarmer Stahl genannt. Es ist ein im Bauwesen weit verbreitetes Material.

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve weist charakteristische Bereiche auf, in denen das Material je nach aufgebrachter Last ein bestimmtes Verhalten aufweist. Ihre genaue Form kann erheblich variieren, sie haben jedoch einige Eigenschaften gemeinsam, die nachstehend beschrieben werden.

Für das Folgende siehe Abbildung 2, die sehr allgemein Baustahl entspricht.

Abbildung 2. Spannungs-Dehnungs-Kurve für Stahl. Quelle: geändert von Hans Topo1993

Elastische Zone

Der Bereich von O nach A ist der elastische Bereich, in dem das Hookesche Gesetz gilt, in dem Spannung und Dehnung proportional sind. In dieser Zone wird das Material nach dem Aufbringen der Spannung vollständig zurückgewonnen. Punkt A ist als Proportionalitätsgrenze bekannt.

Bei einigen Materialien ist die Kurve von O nach A keine gerade Linie, aber dennoch elastisch. Wichtig ist, dass sie zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehren, wenn der Ladevorgang aufhört.

Elastisch-plastische Zone

Als nächstes haben wir den Bereich von A nach B, in dem die Verformung mit der Anstrengung schneller zunimmt, wobei beide nicht proportional bleiben. Die Steigung der Kurve nimmt ab und bei B wird sie horizontal.

Ab Punkt B nimmt das Material seine ursprüngliche Form nicht mehr wieder an und der Wert der Spannung an diesem Punkt wird als der der Streckspannung angesehen.

Die Fläche von B nach C wird als Streckgrenze oder Kriechzone des Materials bezeichnet. Dort setzt sich die Verformung fort, obwohl die Last nicht zunimmt. Es könnte sogar abnehmen, weshalb gesagt wird, dass das Material in diesem Zustand perfekt plastisch ist.

Plastikzone und Bruch

Im Bereich von C nach D tritt eine Kaltverfestigung auf, bei der das Material auf molekularer und atomarer Ebene Veränderungen in seiner Struktur aufweist, die größere Anstrengungen zur Erzielung von Verformungen erfordern.

Aus diesem Grund erfährt die Kurve ein Wachstum, das endet, wenn die maximale Spannung σ _{max erreicht ist.}

Von D nach E ist noch eine Verformung möglich, jedoch mit geringerer Belastung. In der Probe (Probe) bildet sich eine Art Ausdünnung, die als Striktur bezeichnet wird und schließlich dazu führt, dass der Bruch am Punkt E beobachtet wird. Bereits am Punkt D kann das Material jedoch als gebrochen angesehen werden.

Wie erhält man den Ertragsaufwand?

Die Elastizitätsgrenze L _e eines Materials ist die maximale Belastung, die es aushalten kann, ohne an Elastizität zu verlieren. Sie wird durch den Quotienten zwischen der Größe der maximalen Kraft F _m und der Querschnittsfläche der Probe A berechnet .

L _e = F _m / A.

Die Einheiten der Elastizitätsgrenze im internationalen System sind N / m ² oder Pa (Pascal), da es sich um eine Spannung handelt. Die Elastizitätsgrenze und die Proportionalitätsgrenze am Punkt A sind sehr nahe Werte.

Aber wie eingangs gesagt, ist es möglicherweise nicht einfach, sie zu bestimmen. Die Streckspannung, die durch die Spannungs-Dehnungs-Kurve erhalten wird, ist die praktische Annäherung an die in der Technik verwendete Elastizitätsgrenze.

Streckgrenze aus der Spannungs-Dehnungs-Kurve

Um es zu erhalten, wird eine Linie parallel zu der Linie gezeichnet, die der elastischen Zone entspricht (die dem Hookeschen Gesetz entspricht), aber auf der horizontalen Skala um ungefähr 0,2% oder 0,002 Zoll pro Zoll Verformung verschoben ist.

Diese Linie erstreckt sich, bis sie die Kurve an einem Punkt schneidet, dessen vertikale Koordinate der gewünschte Streckspannungswert ist, der mit σ _{y bezeichnet} ist (siehe Abbildung 3). Diese Kurve gehört zu einem anderen duktilen Material: Aluminium.

Abbildung 3. Spannungs-Dehnungs-Kurve für Aluminium, aus der die Fließspannung in der Praxis bestimmt wird. Quelle: selbst gemacht.

Zwei duktile Materialien wie Stahl und Aluminium weisen unterschiedliche Spannungs-Dehnungs-Kurven auf. Aluminium zum Beispiel hat nicht den ungefähr horizontalen Stahlabschnitt, der im vorhergehenden Abschnitt zu sehen ist.

Andere Materialien, die als zerbrechlich angesehen werden, wie z. B. Glas, durchlaufen die oben beschriebenen Stufen nicht. Ein Bruch tritt lange vor nennenswerten Verformungen auf.

Wichtige Details zu beachten

- Die im Prinzip berücksichtigten Kräfte berücksichtigen nicht die Modifikation, die zweifellos in der Querschnittsfläche der Probe auftritt. Dies führt zu einem kleinen Fehler, der durch grafische Darstellung der tatsächlichen Spannungen korrigiert wird, die die Verringerung der Fläche mit zunehmender Verformung der Probe berücksichtigen.

- Die betrachteten Temperaturen sind normal. Einige Materialien sind bei niedrigen Temperaturen duktil und nicht mehr duktil, während andere spröde bei höheren Temperaturen duktil sind.

Verweise

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