Verformungseigenschaftssensitivität

Verformungseigenschaften bezeichnen das Verhalten eines Materials, wenn es äußeren Kräften ausgesetzt ist. Sie umfassen elastische Verformung, die reversibel bleibt, sowie plastische Verformung, die zu einer dauerhaften Formänderung führt. Zudem spielen zeitliche und temperaturelle Effekte eine Rolle, etwa das Kriechen bei hohen Temperaturen. Die Eigenschaften hängen von der Mikrostruktur, dem Phasenaufbau, der Belastungsgeschichte und der Umgebungsbedingungen ab.

Zu den zentralen Größen gehören der Elastizitätsmodul (Youngscher Modul), die Streckgrenze bzw. Fließgrenze, die Zugfestigkeit, die Dehnung, die Zähigkeit (Bruchdehnung), die Härte und das Poisson-Verhältnis. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve aus einem Zugversuch liefert Hinweise auf den Elastizitätsbereich, den Übergang zur plastischen Verformung, die maximale Festigkeit und das Bruchverhalten. Unterscheidungen zwischen engineering und true stress/strain sind in der Praxis üblich, je nach Anwendungsfall.

Das Verformungsverhalten variiert stark zwischen Materialklassen. Metalle zeigen typischerweise ein deutliches Fließverhalten durch Versetzungsbewegung; Polymere weisen oft viskoelastische oder viskoplastische Eigenschaften auf; Keramiken sind häufig spröde; Verbundwerkstoffe zeigen oft anisotropes Verhalten. Die Mikrostruktur, darunter Körnergröße, Legierungselemente und Phasenverteilung, beeinflusst Festigkeit, Duktilität und Verformungsarten maßgeblich. Temperatur und Belastungsgeschwindigkeit modifizieren diese Eigenschaften erheblich.

Modelle und Messgrößen dienen der Vorhersage des Verformungsverhaltens in der Praxis. Für kleine Verformungen liefert das Hookesche Gesetz grundlegende Zusammenhänge, während plastische Modelle wie von Mises das Fließen beschreiben. Zeitabhängiges Verhalten wird durch Kriechen modelliert (z. B. Norton-Gesetze). Die Verformungseigenschaften sind zentral für Materialauswahl, Bauteil Auslegung und Lebensdauerabschätzung.