Schadensmechanik

Schadensmechanik ist ein Teilgebiet der Mechanik und Materialwissenschaft, das sich mit der Entstehung, Ausbreitung und dem Versagen von Materialien unter mechanischer Belastung beschäftigt. Sie betrachtet, wie sich Schaden durch Mikrorisse, Defekte oder Poren bildet, wie er das Festigkeits- bzw. Steifigkeitsverhalten reduziert und wie sich dieser Schaden mit der Zeit weiterentwickelt.

Der theoretische Rahmen basiert auf der Kontinuumsmechanik und dem Konzept einer Schadenvariable, die das Materialverhalten degradiert. Der Schaden reicht von 0 (unversehrt) bis nahe 1 (Versagen). Je nach Modell kann D skalar oder tensorial sein; die Evolution des Schadens erfolgt über festgelegte Schadenarten und -gesetze, die mit Spannungen, Dehnungen oder Temperatur verknüpft sind.

Zu den zentralen Modellen gehören das Kontinuums-Schadensmodell nach Lemaitre, Mazars’ Schadensmodell sowie fortgeschrittene Ansätze wie das Gurson-Tvergaard-Needleman-Modell (GTN) für poröse Metalle. In der Praxis werden diese Modelle häufig in die Plastizität integriert, um Wechselwirkungen zwischen Verformung, Rissbildung und Verschlechterung der Materialeigenschaften abzubilden. Schadensmechanik wird zudem häufig in Finite-Elemente-Berechnungen umgesetzt, um Bauteile unter realistischen Lastfällen zu analysieren.

Anwendungsfelder sind die Lebensdauerabschätzung von Bauwerken, Fahrzeugen und Maschinen, die Auslegung von Bauteilen, Materialforschung sowie Sicherheitsanalysen. Die Modelle erfordern oft eine Kalibrierung durch experimentelle Daten aus Zug-, Druck-, Biege- und zyklischen Lasttests.

Schadensmechanik grenzt an die Bruchmechanik; sie zielt darauf ab, Schadenentwicklung im Voraus zu beschreiben und zu quantifizieren, während die Bruchmechanik primär die Rissausbreitung behandelt. Sie wird daher häufig komplementär mit Ermüdungs- und Bruchtheorien eingesetzt.