Was ist die Elastizitätsgrenze?
Die Elastizitätsgrenze eines Materials spielt eine wichtige Rolle im Bauwesen, im Maschinenbau sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik und im Konstruktionswesen. Die Elastizitätsgrenze, auch als Streckgrenze bezeichnet, ist eine Obergrenze für die Spannung, die auf ein Material ausgeübt werden kann, bevor es sich dauerhaft verformt. Diese Grenze wird in Pfund pro Quadratzoll (psi) oder Newton pro Quadratmeter, auch als Pascal (Pa) bezeichnet, gemessen.
Die Elastizitätsgrenze ist eine Funktion der Elastizität eines Materials. Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, in seine ursprüngliche Form oder Abmessung zurückzukehren, nachdem eine Last oder Spannung entfernt wurde. Alle Materialien verformen sich bei Belastung oder Belastung. Die Dehnung ist ein Maß für die Verformung, die auftritt, wenn ein Material unter Spannung steht.
Eine elastische Beanspruchung tritt auf, wenn ein Material einer geringen Beanspruchung ausgesetzt ist. Es verschwindet, nachdem die Spannung beseitigt wurde, und das Material kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Bei Spannungen oberhalb der Elastizitätsgrenze tritt plastische Dehnung auf. Ein Material, das plastischer Beanspruchung ausgesetzt ist, erholt sich nicht vollständig und nimmt seine ursprünglichen Abmessungen wieder an, nachdem die Beanspruchung beseitigt wurde.
Diese Eigenschaft kann am Beispiel einer Feder verdeutlicht werden. Wenn ein Gewicht an einem Ende einer Feder aufgehängt und das andere Ende fixiert ist, wird die Feder verlängert. Wenn eine kleine Menge an Gewicht aufgebracht und dann entfernt wird, kehrt die Feder zu ihrer ursprünglichen Länge zurück. Wenn zu viel Gewicht auf die Feder aufgebracht wird, verformt sie sich dauerhaft und kehrt beim Entfernen des Gewichts nicht in ihre ursprüngliche Länge zurück. Die Feder hat sich plastisch verformt, weil die Belastung durch das Gewicht die Elastizitätsgrenze überschritten hat.
Materialien haben einen messbaren Zusammenhang zwischen angelegter Spannung und der daraus resultierenden Dehnung. Diese Beziehung kann in einer Spannungs-Dehnungs-Kurve aufgezeichnet werden. Die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve bleibt in dem Bereich, in dem eine elastische Dehnung auftritt, konstant. Die Elastizitätsgrenze ist der Punkt, an dem die angelegte Spannung zu einer bleibenden Verformung führt und sich die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve ändert.
Nicht alle Materialien haben eine Elastizitätsgrenze. Die Duktilität ist ein Maß für die bleibende Verformung vor dem vollständigen Versagen. Duktile Materialien wie Stahl und Messing erfahren eine starke plastische Verformung, bevor es zum endgültigen Versagen kommt. Spröde Materialien wie Glas und Beton zeigen nur eine geringe oder keine plastische Verformung, und ein vollständiger Ausfall tritt häufig sofort nach Erreichen eines kritischen Spannungswerts auf. Aus diesem Grund haben spröde Materialien typischerweise keine Fließgrenze.