Belastungsstoß

Belastungsstoß bezeichnet in der Ingenieurwissenschaft eine plötzliche, kurze und hochintensive Belastung eines Bauteils oder Systems. Im Gegensatz zu statischen Lasten liegt der Belastungsstoß über eine sehr kurze Anwendungsdauer bei gleichzeitig hohem Kraftwert. Der Begriff wird in Festigkeitslehre, Maschinenbau, Bauwesen und Prüfverfahren verwendet und kann aus verschiedenen Ursachen resultieren, zum Beispiel durch Aufprall, fallende Gegenstände, plötzliche Beschleunigung oder Stoßvorgänge in Maschinen.

Charakteristische Merkmale sind eine hohe Spitzenkraft, eine geringe Belastungsdauer und ein breiter Frequenzinhalt der verursachenden Last. Dadurch kann der Belastungsstoß nicht linear zu statischen Lastfällen verhalten und führt oft zu lokalen Spannungsmaxima, die Materialversagen begünstigen können. Wichtige Größen zur Beschreibung sind die Spitzenkraft Fmax, die Impulsdauer Δt und der Impuls J = ∫ F dt sowie die durch den Stoß getragene Energie.

Messung und Analyse erfolgen typischerweise mit Beschleunigungssensoren, Kraftsensoren oder Dehnungsmessstreifen in Verbindung mit Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung. Zur Bewertung werden oft Impuls, Peak-Felldaten und das zeitliche Verlaufssignal herangezogen. Zur Vorhersage des Verhaltens kommen dynamische Analysen zum Einsatz, darunter Finite-Elemente-Modelle, die Materialdunkel- oder Dämpfungseigenschaften berücksichtigen, um mögliche Verstärkungen oder lokale Schäden abzuschätzen.

In der Konstruktion wird dem Belastungsstoß durch geeignete Maßnahmen begegnet: Reduktion der Aufprallgeschwindigkeit, Einsatz von Stoßdämpfern, Knautschzonen, geeignete Materialwahl und Geometrieoptimierung. Solche Prüfungen finden in der Praxis regelmäßig statt, etwa bei Falltests, Aufprallprüfungen von Bauteilen oder Maschinenstart- und Stoppprozessen.

Siehe auch: Impuls, dynamische Beanspruchung, Stoßbelastung.