Was ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve: Diagramm und Typen

Bei der Fertigung eines Bauteils wirken verschiedene Kräfte auf das Werkstück ein, etwa Spannung und Dehnung. Diese beiden Begriffe haben eine tiefere Bedeutung, die uns hilft, ihre Relevanz zu bestimmen.

Wenn Sie ebenfalls alles über Spannungs-Dehnungs-Kurven verstehen möchten, finden Sie im folgenden Leitfaden alle Informationen. Lesen Sie also weiter.

Was ist Spannung?

Spannung ist eine Kraft, die auf das Material ausgeübt wird. Sie beschreibt auch die verschiedenen Reaktionsarten, die ein Material unter Krafteinwirkung zeigen kann. Es gibt zwei Arten von Spannung, die im Folgenden erläutert werden.

Zugspannung

Zugspannung wirkt auf Materialien, wenn diese in die Länge gedehnt und gestreckt werden. Ein Beispiel ist das Strecken eines Stabs, um seine Länge zu vergrößern. Bei Zugspannung wird das Material von beiden Seiten gezogen.

Druckspannung

Druckspannung wirkt auf Materialien, wenn diese zusammengedrückt werden und sich dadurch ihre Größe verringert. Die Kraft wirkt gleichmäßig von beiden Seiten.

Was ist Dehnung?

Dehnung bezeichnet die Verformung, die am Werkstück unter Krafteinwirkung auftritt. Die Änderung von Form und Abmessungen der Materialien entsteht durch die bei der Dehnung wirkende Kraft. Es gibt zwei Arten von Dehnung.

Zugdehnung

Bei der Zugdehnung wird das Material durch die einwirkende Belastung gedehnt, wodurch eine Verformung entsteht.

Druckdehnung

Bei der Druckdehnung wird das Material zusammengedrückt, wodurch es sich komprimierend verformt und seine Größe abnimmt.

Was ist eine Spannungs-Dehnungs-Kurve?

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist ein Diagramm, das die Änderung der Spannung bei zunehmender Dehnung zeigt.

Sie wird in der Fertigung sehr häufig eingesetzt, um die Eigenschaften von Materialien zu verstehen. Sie hilft dabei, das Verhalten des Materials zu bestimmen – also ob es anhand der Spannung duktil ist.

Spannungs-Dehnungs-Kurven sind für Materialien gedacht, die spröde und hart, aber duktil sein sollten. Unten sehen Sie eine Spannungs-Dehnungs-Kurve.

Warum ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve wichtig?

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist wichtig, weil sie Ingenieuren die wesentlichen Parameter liefert, die für die Konstruktion erforderlich sind. Dieses Diagramm enthält verschiedene mechanische Eigenschaften wie Streckgrenze, Zähigkeit, Elastizität und Dehnung.

Erläuterung des Spannungs-Dehnungs-Diagramms

Das Spannungs-Dehnungs-Diagramm enthält mehrere Elemente, von denen jedes seine eigene Bedeutung hat. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erläuterung jedes dieser Elemente.

Proportionalitätsgrenze

Die Proportionalitätsgrenze ist der Endpunkt des linearen Teils der Kurve; der Elastizitätsmodul lässt sich durch Berechnung der Steigung ermitteln.

Elastizitätsgrenze

Sie stellt den Punkt der elastischen Verformung dar.

Streckgrenze

Die Streckgrenze ist ebenfalls eine Elastizitätsgrenze, lässt sich jedoch berechnen.

Höchstspannungspunkt

Er ist die maximale Spannung auf der Kurve, nach der die Einschnürung beginnt. Es ist sehr wichtig, sicherzustellen, dass er am Scheitelpunkt der Kurve liegt, nach dem das Material brechen kann.

Bruch- oder Bruchpunkt

Der Bruchpunkt ist der Punkt auf der Kurve, an dem die Verformung des Materials beobachtet wird und es entweder bricht oder reißt.

Hookesches Gesetz

Das Hookesche Gesetz erklärt das Konzept der Elastizität und wie die Kraft ein Objekt entweder zusammendrücken oder ausdehnen kann. Es betrachtet die Elastizität um eine bestimmte Strecke, die proportional zur Kraft ist. Je größer die Kraft, desto größer die Strecke. Die Formel für das Hookesche Gesetz ist unten angegeben.

Das Hookesche Gesetz besagt, dass bei den meisten Metallen die Längenänderung umso größer ist, je größer die innere Kraft ist. Das bedeutet, dass Spannung und Dehnung direkt proportional sind. Metalle sind nur bis zu einem gewissen Grad elastisch.

Wie liest man das Diagramm?

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve lässt sich wie im Folgenden beschrieben ablesen.

• Wählen Sie den Spannungswert auf der y-Achse.
• Ziehen Sie eine waagerechte Linie vor der y-Achse, bis sie die Kurvenlinie schneidet, und markieren Sie diesen Punkt.
• Ziehen Sie eine senkrechte Linie vom Schnittpunkt zur x-Achse; diese Linien bilden einen rechten Winkel.
• Der im ersten Schritt der Spannungsanalyse ermittelte Wert zeigt, dass die Spannung auf die Verformung des Materials an der jeweiligen Stelle reagiert.

Arten von Spannung und Dehnung

Die beiden Arten von Spannung und Dehnung werden im Folgenden erläutert.

Technische vs. wahre Spannung und Dehnung

Technische Spannung und Dehnung ermöglichen es, mit dem standardisierten Zugversuch vergleichbare Werte zu erhalten und so das Materialverhalten einzuschätzen. Diese Art wird auch als Nennspannung und Nenndehnung bezeichnet. Die Formeln für technische Spannung und Dehnung lauten wie folgt:

Die tatsächliche Spannung und Dehnung ist die wahre Spannung und Dehnung. Sie hilft, die Materialeigenschaften zu verstehen, und für ihre Berechnung benötigen Sie die aufgebrachte Last, die Messlänge und die Querschnittsfläche. Mit den folgenden Formeln lassen sich wahre Spannung und Dehnung berechnen.

Spannungs-Dehnungs-Kurven für verschiedene Materialien

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve gibt Aufschluss über das Verhalten von Materialien bei Krafteinwirkung. Sie verdeutlicht mehrere Eigenschaften wie Bruchpunkte, Elastizität und Streckgrenze des Materials.

Metalle wie Stahl weisen einen linear-elastischen Bereich auf und sind duktil. Polymere hingegen besitzen eine nichtlineare Elastizität mit großer Verformung ohne ausgeprägte Streckgrenze.

Glas und Keramik sind spröde und zeigen eine steile Kurve mit plötzlichem Bruch. Solche Kurven sollen Ingenieuren dabei helfen, das Material anhand der Belastbarkeit auszuwählen.

Fazit

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve spielt bei der Analyse von Materialien für die Fertigung von Bauteilen eine entscheidende Rolle. Wir bei DEK analysieren die Spannungs-Dehnungs-Kurve, bevor wir die Bauteile fertigen – damit wir Ihnen die passenden Materialien bieten können.