Mechanische Spannung

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Mechanische Spannung σ ist definiert als Kraft pro Fläche und bezeichnet einen Zug oder einen Druck, der auf einen bestimmten Querschnitt eines Körpers wirkt.

Die Einheit ist damit ein Druck (N/mm²).

Wie eine Material auf Zug und Druck reagiert ist bei E-Modul für den elastischen Bereich und bei Zugfestigkeit für den Bruchfall angegeben.

Beispiele

Spannungsverlauf in einem Balken

Die Spannung ist meist über den Querschnitt eines Bauteils variabel. Am Beispiel des auf Biegung beanspruchten Balkens sieht man im oberen Bereich Zug, im unteren Bereich Schub, während die Spannung im mittleren Teil klein wird. (Bei der dargestellten Biegung tritt allerdings noch vertikal zu der dargestellten Spannung Schub auf, der hier aber außer Acht gelassen wird).


Spannungsverlauf bei Material Mix

Interessanter wird der Spannungsverlauf bei einem Material-Mix, wie er im Modellbau oft anzutreffen ist: GFK und CFK gemischt in einem Bauteil. Hier ist ein auf Zug belastetes Teil dargestellt. Das Teil dehnt sich, bis es eine dem Zug entsprechende Gegenkraft aufbaut. Die Spannung ist durch das E-Modul des jeweiligen Materials gegeben. Im angegebenen Beispiel ist zu sehen, dass die Kohle deutlich mehr Kraft aufnimmt, als das deutlich dickere (in der Summe) Glas.

Wie wenig dieses Verhalten bekannt ist, wird an den oft eingesetzten Kohleverstärkungen klar. Die Kohle kann nur funktionieren, wenn sie nicht als Verstärkung gesehen wird, sondern als einzig tragendes Teil. Im Forum wurde dazu der (überspitzte) Vergleich verwendet, ein Gummiseil (GFK) mit einem Zwirnfaden (CFK) verstärken zu wollen. Ohne Zwirn hat das Gummiseil ein bestimmtes Verhalten. Mit Zwirn ist die Elastizität auf ein Bruchteil des vorherigen Wertes gesunken. Allerdings liegt die komplette Last auf dem Zwirn (was aber nur zur Verstärkung gedacht war). Übersteigt die Last die Festigkeit des Zwirns, reißt dieser und der Zustand ist, wie zuvor.