Torsionsknicken

Torsionsknicken ist eine Instabilität von schlanken Bauteilen, bei der unter Torsionsbelastung oder kombinierten Lastfällen eine Verdrehung und oft eine seitliche Auslenkung auftreten. Im Gegensatz zu reinen Verdrehungen genügt es nicht, nur die Materialstreckung zu beachten; die Steifigkeit gegen Verdrehung und die Randbedingungen der Enden bestimmen, ob das Bauteil stabil bleibt oder in eine Knickform übergeht. Typische Bauteile sind Stäbe, Rohre und Hohlprofile, die in Maschinen, Bauwerken oder Rohrsystemen vorkommen.

Wichtige Einflussgrößen sind Geometrie (Länge, Querschnittsform, Wanddicke), Materialeigenschaften (G oder Gaußsche Schubmodul, Dämpfung), Querschnittsform und Randbedingungen an den Enden (fix, frei, elastisch). Unsymmetrische oder dünnwandige Querschnitte zeigen oft eine höhere Anfälligkeit für Torsionsknicken, besonders bei längeren Bauteilen oder bei kombinierten Lastfällen, bei denen Torsion mit axieler oder Biegebelastung zusammenwirkt.

Die Analyse basiert auf der Bestimmung der kritischen Torsionsbelastung, bei der das System in eine instabile Verformung übergeht. Dies erfolgt in der Regel über eigenwertbasierte Berechnungen der entsprechenden Torsionsgleichungen oder über Finite-Elemente-Analysen. Für einfache Geometrien existieren bekanntgewordene, geschlossene Formeln; praxisrelevant sind dennoch Normen und Designcodes, die sichere Grenzwerte und Dimensionierungsregeln festlegen.

Anwendungen finden sich in vielen Bereichen der Technik: Stäbe und Rohre in Brücken- und Gebäudestrukturen, Maschinenbauteile wie Wellen oder Achsen, Rohrleitungen und Strukturen in der Luft- und Raumfahrt. Vorbeugung erfolgt durch stärkere Querschnitte, zusätzliche Versteifungen, veränderte Randunterstützungen oder durch Vermeidung belastungsreicher Kombinationsfälle.