Lastpfadverhalten

Lastpfadverhalten bezeichnet die Abhängigkeit der Reaktion eines Systems von der Geschichte der angewendeten Lasten. Im Gegensatz zu linearem, elastischem Verhalten hängt der aktuelle Zustand nicht nur von der gegenwärtigen Belastung ab, sondern auch davon, wie diese Belastung aufgebaut wurde.

Ursachen des Lastpfadverhaltens sind Nichtlinearitäten in Materialien und Strukturen, etwa plastische Verformung, viskoelastische Effekte, Schadenentwicklung, Kontakt- und Reibungseffekte sowie Phasenänderungen. Die Reihenfolge, Dauer und das Tempo des Lastaufbaus (monotone vs. zyklische Lasten) können unterschiedliche irreversible Verformungen, Spannungsverteilungen und Schadensverläufe hervorrufen.

Bedeutung in Wissenschaft und Technik liegt darin, dass Pfadabhängigkeiten die Vorhersage der Strukturreaktion erschweren. Für Entwurf, Prüfung und Betrieb bedeutet dies, dass Lastpfadverhalten Berücksichtigung finden muss, insbesondere bei nichtlinearen Materialien, zyklischer Belastung oder Zeitabhängigkeiten. In der Praxis zeigen sich Hystereseeffekte, Bauschinger-Effekt nach Richtungswechsel, Rachetierung unter wechselnden Lasten sowie evolutionäre Schäden und Ermüdung.

Beispiele umfassen die plastische Verformung von Metallen, zyklische Belastung mit hysteretischen Spannungsverläufen, zeit- oder temperaturabhängige Phänomene wie creep unter wechselnder Last sowie das auf den Lastpfad bezogene Verhalten von Geomaterialien. Zur Untersuchung werden pfadabhängige constitutive Modelle, Experimentalfeldtests mit Monotone- und Zyklustlasten sowie numerische Simulationen verwendet, um Pfadempfindlichkeiten aufzudecken und verlässliche Vorhersagen zu ermöglichen.