Belastungsraten

Belastungsraten bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der eine mechanische Last oder Spannung auf ein Material, Bauteil oder eine Struktur angewendet wird. Sie beschreiben, wie schnell sich die Belastung im zeitlichen Verlauf ändert, und sind damit ein zentraler Parameter in der Prüfung, Auslegung und dem Verhalten von Bauteilen unter Last. Die Belastungsrate wird häufig als Änderungsrate der Kraft F mit der Zeit dF/dt angegeben (Einheiten: Newton pro Sekunde, N/s). In Spannungsgrößensprach wird sie auch als Änderungsrate der Spannung dσ/dt (MPa/s) formuliert; bei dehnungsgebundenen Untersuchungen spricht man von dε/dt (s^-1) bzw. der Dehnrate.

In der Praxis wird die Belastung oft als Verschwendungs- oder Verschiebegeschwindigkeit angegeben, besonders bei Verschiebezugsprüfungen, und durch geeignete Umrechnung in dF/dt oder dσ/dt bestimmt. Prüfmaschinen wie servo-hydraulische oder elektrodynamische Tester führen Lasten mit konstantem Rampenwert ein, um quasi-statische Eigenschaften zu bestimmen, während höhere Belastungsraten dynamische Effekte hervorrufen und das Verhalten des Materials verändern können.

Die Belastungsrate beeinflusst das Materialverhalten erheblich. Bei vielen Werkstoffen führt eine höhere Rate zu veränderter Zähigkeit, Fließ- oder Sprödverhalten, veränderten Grenzlasten und oft zu Temperaturanstieg durch dissipierte Energie. In der Praxis muss die Belastungsrate daher bei der Auslegung, bei Materialauswahl und im Design von Bauteilen berücksichtigt werden, insbesondere bei Anwendungen mit schnellen Lastwechseln, Stoß- oder Ermüdungsbeanspruchung.

Typische Anwendungsfelder sind Härte-, Zug- und Druckprüfungen, Ermüdungs- und Kriechprüfungen, sowie Versuche, die das dynamische Verhalten von Strukturen oder Verbundwerkstoffen untersuchen. Standards geben oft Vorgaben zur zulässigen oder empfohlenen Belasungsrate in Abhängigkeit von Material und Prüfungstyp.