Belastungsgeschwindigkeiten

Belastungsgeschwindigkeit, or loading rate, bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der eine äußere Last auf ein Bauteil, Materialstueck oder System wirkt oder erhöht wird. In der Regel wird sie als zeitliche Änderungsrate der angewendeten Kraft (dF/dt) oder der resultierenden Spannung (dσ/dt) angegeben und in Einheiten wie Newton pro Sekunde (N/s) oder Megapaschals pro Sekunde (MPa/s) angegeben. In Laborprüfungen wird oft ein konstanter Rampenverlauf oder ein vordefiniertes Lastprofil verwendet.

Die Belastungsgeschwindigkeit beeinflusst das Materialverhalten erheblich. Quasi-statisches Verhalten unterscheidet sich von dynamischem Verhalten, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Verformbarkeit und Zerstörungsmechanismen. Materialien zeigen in der Regel eine strömungs- oder spontane Verformungseigenschaftssensitivität gegenüber der Belastungsgeschwindigkeit. Metalle neigen dazu, bei höheren Belastungsgeschwindigkeiten eine höhere Fließ- oder Streckgrenze zu zeigen, Kunststoffe neigen zu Steifheitserhöhung und geringerer Duktilität, während Keramiken eher spröde zwischen schnellen und langsameren Lastanstiegen reagieren. Dynamische Lasten können zusätzlich Trägheitswirkungen und Belastungsverstärkungen verursachen.

Messung und Normen: Laborprüfmaschinen wie Servohydraulik- oder elektro-mechanische Prüfgeräte steuern Lasten oder Verschiebungen präzise, um definierte Rampenprofile abzubilden. Normen legen zulässige oder empfohlene Belastungsgeschwindigkeiten fest, je nach Werkstoff und Prüftyp (beispielsweise ISO 6892 für Metalle, ISO 527 für Kunststoffe; ASTM- und DIN-Standards existieren ebenfalls). In der Praxis reichen die relevanten Raten von langsamen, quasi-statischen bis zu schnellen, dynamischen Prüfungen.

Anwendungen und Überlegungen: Die Wahl der Belastungsgeschwindigkeit hängt von Betriebsbedingungen, Einsatzszenarien oder Prüfzwecken ab. Sie ist entscheidend für Aussagekraft von Festigkeits- und Zerstörungsanalysen, Lebensdauerschätzungen und das Design gegen dynamische Lasten oder Impacts.