FestigkeitsGewichtsVerhältnis

FestigkeitsGewichtsVerhältnis, auch als spezifische Festigkeit bekannt, ist das Verhältnis der mechanischen Festigkeit eines Materials zu seiner Dichte. Formal definiert es sich als σ/ρ, wobei σ die Festigkeit (z. B. Zug- oder Streckfestigkeit) und ρ die Dichte ist. Die Größe misst die Belastbarkeit pro Masse und dient als Indikator für Leichtbaufähigkeit.

In der Praxis wird σ_y (Streckgrenze) oder σ_uts (Zugfestigkeit) verwendet, je nach Anwendungsziel. Die Einheit ist, per Definition, m^2/s^2; größere Werte deuten auf eine bessere spezifische Festigkeit hin. Unterschiede in Temperatur, Richtung (anisotrope Materialien) und Herstellungsprozess beeinflussen die Werte.

Anwendung: Das Verhältnis spielt eine zentrale Rolle bei der Materialauswahl für leichtere, dennoch tragfähige Baugruppen in Luftfahrt, Raumfahrt, Automobilindustrie sowie Sport- und Freizeitgeräte; hier zählt die Leichtbauleistung besonders.

Beispiele: Stahl hat typischerweise eine Streckgrenze von etwa 0,3–0,6 GPa und eine Dichte von ca. 7850 kg/m^3, was grob σ/ρ-Werte von 4×10^4 bis 8×10^4 m^2/s^2 ergibt. Aluminiumlegierungen mit σ_y ca. 0,2–0,4 GPa und ρ ~2700 kg/m^3 ergeben rund 7×10^4 m^2/s^2. Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) können je nach Faser und Matrix σ_y von etwa 1–1,5 GPa erreichen und eine Dichte von ca. 1600 kg/m^3 haben, was σ/ρ-Werte von circa 6×10^5 m^2/s^2 ergibt.

Kritik: Das Verhältnis berücksichtigt nicht andere wichtige Eigenschaften wie Ermüdungsfestigkeit, Temperaturverhalten, Kosten, Verarbeitbarkeit und Lebensdauer; daher ist es nur ein Teil der Materialbewertung.