Was ist Zugspannung?
Eine Zugspannung tritt auf, wenn ein Material einer Zug- oder Streckkraft ausgesetzt ist. Die Spannung wird als Kraft definiert, die über eine Querschnittsfläche mit typischen Einheiten von Pfund pro Quadratzoll (psi) oder Newton pro Quadratmeter, auch als Pascal (Pa) bezeichnet, aufgebracht wird. Die Art der Beanspruchung, der ein Material ausgesetzt ist, hängt davon ab, wie die Kraft angewendet wird. Die drei Grundtypen der Beanspruchung sind Zug, Druck und Scherung. Ein Verständnis der Zugspannung ist wichtig bei der Auswahl von Materialien für den Maschinenbau und Konstruktionsanwendungen.
Die Abmessungen eines Objekts unter Spannung ändern sich aufgrund der Dehnung oder Verformung, die beim Aufbringen einer Kraft auftritt. Ein Material, das unter Zugspannung steht, wird sich bei Belastung dehnen oder dehnen. Ein Material, das geringer Beanspruchung ausgesetzt ist, nimmt nach dem Entfernen der Kraft wieder seine ursprünglichen Abmessungen an. Bei hohen Beanspruchungen kann es vorkommen, dass ein Material nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wenn die Kraft entfernt wird und eine bleibende Verformung auftritt. Die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der entsprechenden Dehnung kann verwendet werden, um das Verhalten eines Materials vorherzusagen, wenn es einer Zugspannung ausgesetzt ist.
Es stehen Prüfgeräte zur Verfügung, mit denen die von einem Material ausgeübten Spannungen und Dehnungen genau gemessen und eine Spannungs-Dehnungs-Kurve erstellt werden können . Die Spannungs-Dehnungs-Kurve gibt normalerweise Aufschluss darüber, wie sich ein Material verhält, wenn es einer Zugkraft ausgesetzt wird, und bestimmt die maximal zulässige Spannung, bevor bleibende Verformung und endgültiges Versagen auftreten. Um die Zugspannung zu messen, wird eine allmählich ansteigende Kraft auf eine Testprobe ausgeübt, und der Kraftbetrag, der zum Dehnen und letztendlich Brechen der Probe erforderlich ist, wird gemessen und aufgezeichnet. Werkstoffe, die Zugspannungen ausgesetzt sind und vor dem Versagen eine starke Verformung erfahren, gelten als hochelastisch .
Die maximale Zugspannung, die ein Material aushalten kann, bevor es versagt, wird als Zugfestigkeit oder Endzugfestigkeit bezeichnet . Der Wert der Reißfestigkeit variiert stark für verschiedene Materialien. Weiche, formbare Materialien - wie z. B. viele Kunststoffe, Gummi und Metalle - gelten als elastisch und werden erheblich verformt, bevor ein vollständiger Ausfall eintritt. Harte und spröde Materialien wie Beton und Glas werden sich kaum oder gar nicht verformen, bevor ein vollständiger Ausfall eintritt. Die endgültige Zugfestigkeit für viele verschiedene Arten von Metall, Holz, Glas, Gummi, Keramik, Beton und Kunststoff ist in verschiedenen Handbüchern zu Materialeigenschaften enthalten.