Zu diesem Zweck werden Materialproben im Zugversuch getestet, indem die Probe mit bekanntem Ausgangsquerschnitt in eine Zugprüfmaschine eingespannt und mit einer Zugkraft F belastet wird. Unter Erhöhung der Kraft wird diese dann über der verursachten Längenänderung ΔL grafisch dargestellt. Diese Kurve bezeichnet man als Kraft-Verlängerungs-Diagramm. Um eine Messkurve zu erhalten, die nur von der Art und Struktur des geprüften Materials, also nicht von den geometrischen Abmessungen der Probe abhängt, verwendet man reduzierte Einheiten, d. h. die Längenänderung ΔL wird auf die Anfangslänge L0 und die Kraft F auf den senkrechten Querschnitt A des Körpers im undeformierten Zustand bezogen. Diese jetzt von der Probenform unabhängige Kurve nennt man Spannungs-Dehnungs-Diagramm (siehe Bild 2/3). Dehnungsmessung an Holz - Fiedler Optoelektronik GmbH. Abkürzung
Beschreibung
σ S (Streckspannung)
Zugspannung, bei der die Steigung der S/D-Kurve erstmals den Wert 0 annimmt. σ B (Höchstspannung)
maximale Zugspannung bei Höchstkraft
σ R (Zugfestigkeit bzw. Reißfestigkeit)
Zugspannung im Augenblick des Bruchs
Bild 3: Spannungs-Dehnungs-Diagramm für sprödharte, zähharte und weiche, elastische Kunststoffe
Vergleicht man die Spannungs-Dehnungsdiagramme verschiedener Kunststoffe, kann man folgende Klassifizierung vornehmen:
Spröde Werkstoffe haben eine hohe Festigkeit und eine geringe Reißdehnung.
Spannungs Dehnungs Diagramm Gummi King
Bei teilkristallinen Thermoplasten wird der entropieelastische Zustandsbereich nach oben durch den Kristallitschmelzbereich begrenzt, bei Elastomeren (z. B. Gummi, Silikonkautschuk) durch den Beginn thermischer Zersetzungsprozesse. Auch bei amorphen Thermoplasten mit ausreichend hoher Molmasse spielt sie eine wichtige Rolle, geht aber oberhalb des Glasübergangs kontinuierlich in den Fließbereich über. Bei den Thermoplasten übernehmen Van-der-Waals-Kräfte und Verschlaufungen der Polymerketten die Rolle temporärer Vernetzungspunkte, bei den Elastomeren sorgen die kovalenten Vernetzungen für mechanische Stabilität während der Verformungsprozesse. Die bei einer relativen Längenzunahme ε auftretende Spannung (d. Spannungs-Dehnungslinien, Spannungs-Dehnungs-Diagramm. h. Rückstellkraft pro Querschnittsfläche) definiert wie üblich einen – vergleichsweise kleinen – Elastizitätsmodul E (bzw. nichtlineare Verallgemeinerungen):
Die betroffenen Materialgruppen zeichnet sich im entsprechenden Temperaturbereich durch eine nichtlineare Spannungs-Dehnungskennlinie, Dämpfungs - und verformungshistorische Effekte sowie eine ausgeprägte Inkompressibilität aus.
Anders ausgedrückt wird das mechanische Verhalten immer dann als elastisch bezeichnet, wenn ein umkehrbar eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Spannungs- und Deformationszustand besteht. Es ist damit im mechanischen wie im thermomechanischen Sinne völlig reversibel. Entsprechend der unterschiedlichen thermodynamischen Ursachen unterscheidet man zwischen:
Energieelastizität und
Entropieelastizität
Grellmann, W., Seidler, S. 83 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
Plastische Deformation
Die plastische Deformation ist eine Kombination von reversiblen und irreversiblen Prozessen. Im Unterschied zum viskosen ( viskoelastischen) Verhalten treten diese jedoch nicht gleichzeitig nebeneinander auf, sondern sie sind durch eine Fließgrenze σ F voneinander getrennt. Spannungs dehnungs diagramm gummi bears. Unterhalb dieser Fließgrenze ist das Werkstoffverhalten elastisch oder viskoelastisch, oberhalb finden irreversible Fließprozesse statt (siehe Bild 2a) [1]. Plastisches Deformationsverhalten wird bei vielen amorphen und teilkristallinen Kunststoffen beobachtet.
Spannungs Dehnungs Diagramm Gummi Bears
Dies wir am ehesten sichtbar,
wenn wir die Spannungen und Kräfte als Funktion des Winkels Q auftragen
Es ist unmittelbar ersichtlich, daß
Spannungen und Kräfte jetzt grundverschieden sind. Für Q Þ 90 o haben wir zum Beispiel
F scher Þ 0, weil A Þ ¥ strebt. Die Notwendigkeit von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen ⋆ Die Ratgeber Lounge. Die Singularität 0/ ¥ ist jedoch "gutmütig" und ergibt schlicht 0. Die Scherspannungen laufen durch ein Maximum bei
Q = 45 o und erreichen maximal die
Hälfte der extern anliegenden Spannung s ex
Scherspannungen und Normalspannungen verhalten sich also recht verschieden. Wir
würdigen dies, indem wir ihnen verschiedene Abkürzungen geben: Normalspannungen
werden (wie bisher) mit s abgekürzt, während wir für Scherspannungen ab sofort immer die Abkürzung t verwenden. Das Konzept von
Normalspannungen s und Scherspannungen t wird sehr
weit tragen; es ist wichtig, sich damit vertraut zu machen. Wir werden zum Beispiel noch sehen, daß für plastische
Verformung die Scherspannungen verantwortlich sind, während der Bruch durch Normalspannungen verursacht wird - aber zunächst wenden wir unser
erweitertes Spannungskonzept wieder auf rein elastische Verformungen an.
Strukturell findet bei viskosem Verhalten eine Relativverschiebung benachbarter Struktureinheiten (Moleküle bzw. Molekülsequenzen bei Polymerwerkstoffen) statt. Die dabei zu überwindenden Reibungskräfte sind abhängig von der Verformungsgeschwindigkeit. Wird ein linearer Zusammenhang zwischen Spannung und Deformationsgeschwindigkeit beobachtet, so liegt NEWTON'sches Werkstoffverhalten vor. Dieses wird durch die Viskosität als Werkstoffkenngröße charakterisiert. Literaturhinweis
Grellmann, W., Seidler, S. Spannungs dehnungs diagramm gummi metall. (Hrsg. ): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 87/88 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
Elastische Deformation
Eine elastische Deformation ist dadurch gekennzeichnet, dass die von äußeren Kräften geleistete Arbeit reversibel als Formänderungsenergie gespeichert wird. Besteht zwischen Kraft und Verformung eine lineare unverzögerte Wechselwirkung, dann liegt ein linear-elastisches Werkstoffverhalten vor. Hier gilt das HOOKE'sche Gesetz (siehe Energieelastizität), wobei der Elastizitätsmodul die Federkonstante des Werkstoffs beschreibt.