Spannungsverformung

Spannungsverformung bezeichnet im Maschinenbau und in der Festkörpermechanik den Zusammenhang zwischen eingeprägten mechanischen Spannungen und der daraus resultierenden Verformung eines Körpers. Spannungen treten als innere Kräfte innerhalb eines Materials auf, hervorgerufen durch äußere Belastungen wie Zug, Druck, Biegung, Scherung oder Torsion. Verformung ist die Veränderung der Geometrie oder des Volumens infolge dieser Kräfte und kann elastisch oder plastisch sein. Elastische Verformung ist reversibel, nach Entlastung kehrt das Material in seine ursprüngliche Form zurück. Plastische Verformung führt zu bleibender Formänderung, typischerweise nach Überschreiten der Streck- oder Fließgrenze.

Das Spannungsverformungsverhalten wird in der Regel durch eine Spannungs-Dehnungs-Beziehung beschrieben. Im linearen elastischen Bereich gilt oft das Hookesche Gesetz σ = E·ε, wobei σ die Spannung, ε die Dehnung und E der Elastizitätsmodul ist. Jenseits dieses Bereichs wird das Verhalten zunehmend nichtlinear; Einflussfaktoren sind Temperatur, Kristallstruktur, Ladegeschwindigkeit und Materialanisotropie. Zusätzlich können viskoelastische Effekte, Kriechen oder Verfestigung auftreten, insbesondere bei Kunststoffen oder Metallen unter zyklischer Belastung.

Für eine formale Beschreibung werden Spannungs- und Deformationszustände häufig als Tensoren behandelt (Spannungstensor σ_ij, Deformationstensor ε_ij) im Rahmen der Kontinuumsmechanik. Grenzwerte wie Streckgrenze, Fließgrenze und Bruchpunkt kennzeichnen den Übergang zu plastischer Verformung oder Materialversagen. Anwendungen reichen von der Formgebung und Tragwerksplanung bis zur Lebensdauerabschätzung (Ermüdung, Kriechen). Messmethoden umfassen Dehnungsmessstreifen, extensometrische Verfahren und optische Techniken wie Digital Image Correlation.