Glossar

Standardtest-Methode für flache Belastung. Bruch-Härte der metallischen Materialien. ASTM International (ASTM – American Society for Testing and Materials) ist eine internationale Standardisierungsorganisation mit Sitz in den USA. Sie veröffentlicht technische Standards für Waren und Dienstleistungen. Die Verwendung von ASTM-Standards ist außer im öffentlich geförderten Bereich der USA freiwillig, wo ein Regierungsprogramm ihre Anwendung, wo immer möglich, vorschreibt.

Standardtestmethode für zyklische Bewegung und der Messung der Mindest- und Maximalbreite der Verbindung der Dehnungssysteme.

Der BCT-Wert (Box compression test) gibt die Kraft an, die ein Karton aus Wellpappe aufnehmen und abtragen kann ohne einzuknicken. Der BCT-Wert ist also ein Maß für die Stabilität eines Kartons. Dieser Wert ist abhängig von der Luftfeuchte bzw. Eigenfeuchte des Kartons sowie vom Materialaufbau der Wellpappe (Kartonsorte, Wellenlänge und Wellenhöhe, ein- oder zweiwellig, Kraftliner, Testliner, Fluting, Faserlänge). Mit dem ECT-Wert kann man näherungsweise mit der McKee-Formel den BCT-Wert errechnen. siehe auch: Flachstauchwiderstand

Der Biegeversuch ist eine Methode der zerstörenden Werkstoffprüfung. Er wird vornehmlich bei metallischen, synthetischen (Kunststoff) und keramischen Werkstoffen durchgeführt.

Es gibt verschiedene Arten des Biegeversuches, deren Ablauf ähnlich ist und die sich nur durch die Prüfvorrichtung (Auflage) unterscheiden. Beim Biegeversuch wird die Probe durch (quasi-)statischen Druck beansprucht. Aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm werden die verschiedenen Kennwerte ermittelt.

Inhaltsverzeichnis [Verbergen] 1 Ablauf 2 1 Punkt-Biegeversuch 3 3-Punkt Biegeversuch 4 4-Punktbiegeversuch 5 Weblink 6 Norm 7 Siehe auch

Ablauf

Der Prüfkörper wird auf einer Prüfvorrichtung durch einen Druckstempel durch eine Universalprüfmaschine belastet, bis die Vorkraft erreicht ist. Anschließend wird die Probe solange mit einer Kraft beaufschlagt, bis die Probe zerbricht. Die dazu notwendige Kraft nennt man Bruchkraft. Die Prüfergebnisse sind ähnlich dem eines Zugversuches, allerdings weichen die Formeln je nach Aufbau bzw. Art des Biegeversuches davon ab.

1 Punkt-Biegeversuch

Beim 1-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe an einem Ende eingespannt und auf der freiliegenden Seite mit einem Prüfstempel belastet. Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

• E: Biegemodul in kN/mm²
• l_v: Stützweite in mm
• X_H: Ende der Biegemodulermittlung in kN
• X_L: Beginn der Biegemodulermittlung in kN
• D_L: Durchbiegung in mm zwischen X_H und X_L
• b: Probenbreite in mm
• a: Probendicke in mm

3-Punkt Biegeversuch

Beim 3-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe auf 2 Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel belastet. Dies ist wahrscheinlich die häufigst verwendete Form des Biegeversuches. Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

4-Punktbiegeversuch

Beim 4-Punkt-Biegeversuch wird die Prüfprobe auf 2 Auflagen positioniert und in der Mitte mit einem Prüfstempel mit zwei Druckpunkten belastet.

Der Biegemodul berechnet sich bei einer Flachprobe wie folgt:

• l_A: Spannlänge in mm
• l_B: Länge des Bezugsbalkens in mm

Norm

• DIN 53452: 1977-04 Biegeversuch (zurückgezogen)
• DIN EN ISO 178: 2006-04 Kunststoffe - Bestimmung der Biegeeigenschaften (ISO 178:2001 + AMD 1:2004); Deutsche Fassung EN ISO 178:2003 + A1:2005

Stuhlprüfung nach amerkanischer Norm; teilweise deutlich härter als DIN und EN (mehr Zyklen, höhere Lasten)

Die vom schwedischen Ingenieur Johan August Brinell im Jahre 1900 entwickelte und auf der Weltausstellung in Paris präsentierte Methode der Härteprüfung kommt bei weichen bis mittelharten Metallen (DIN EN ISO 6506) wie zum Beispiel unlegiertem Baustahl oder Aluminiumlegierungen, bei Holz (ISO 3350) und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge, wie etwa Gusseisen, zur Anwendung. Dabei wird eine Stahlkugel oder eine Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft F in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Nach dem letzten Stand der Normung ist eine Stahlkugel ab dem Jahr 2006 allerdings nicht mehr zulässig. Die Norm schreibt jetzt für alle Stoffe Kugeln aus Sinterhartmetall vor.

Der Cobb-Wert gibt Auskunft über das Wasseraufnahmevermögen einer Voll- oder Wellpappe. Dieser Wert ist wichtig für die Berechnung der zu erwartenden Stabilität eines Kartons oder Faltschachtel. Im internationalen Warenumschlag, speziell in tropische Länder, dürfen Kartons nur eine geringe Feuchteaufnahme besitzen, da mit steigender Wasseraufnahmefähigkeit die Stabilität des Kartons sinkt. Je geringer der Cobb-Wert, desto stabiler bleibt die Verpackung auch bei hoher Luftfeuchtigkeit. Typische Angaben eines GC1-Vollpappekartons: Wasseraufnahme nach DIN EN 20535 bzw. ISO 535 (Cobb 60s): Vorderseite < 35 g/m² Das bedeutet, dass 1m² der Vorderseite eines GC1-Kartons nach 60 Sekunden bis zu 35 Gramm Wasser aufnimmt.

Die Dehnung (Formelzeichen: ε) ist eine Angabe für die relative Dimensionsänderung (Verlängerung bzw. Verkürzung) eines Körpers unter Belastung, beispielsweise durch eine Kraft oder durch eine Temperaturänderung (Wärmeausdehnung). Wenn die Abmessung des Körpers sich vergrößert, spricht man von einer positiven Dehnung, andernfalls von einer negativen Dehnung oder Stauchung.

Das DIN ist ein eingetragener Verein, wird privatwirtschaftlich getragen und ist laut eines Vertrages mit der Bundesrepublik Deutschland die zuständige deutsche Normungsorganisation für die europäischen und internationalen Normungsaktivitäten. Es bietet ein Forum für Hersteller, Handel, Industrie, Wissenschaft, Verbraucher, Prüfinstitute und Behörden, als so genannte interessierte Kreise im Konsensverfahren Normen zu erarbeiten.Durch die Entstehungsweise der Normen soll sichergestellt werden, dass die Inhalte und Verfahrenstechniken den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Die vom DIN herausgegebenen Normen werden über den Beuth-Verlag, ein Tochterunternehmen der DIN-Gruppe, in Normblättern in Papierform und als Download kostenpflichtig vertrieben. Der Verlag vertreibt auch Normdokumente anderer und ausländischer Normungsstellen.

DIN EN 10002 Zugversuch für metallische Werkstoffe . Der Zugversuch dient zur Ermittlung der Festigkeit und Verformunskennwerte der Werkstoffe bei einachsiger, gleichmäßiger über den Querschnitt verteilter Beanspruchung. Die Zugprobe wird gleichmäßig und stoßfrei gereckt, bis der Bruch eintritt. Werte für Spannungszunahme bzw. Dehnungsgeschwindigkeit siehe Norm. Beim Zugversuch wird zunächst ein Kraft - Verlängerungs - Diagramm ermittelt. Dann erfolgt die Umwertung in ein Spannungs - Dehnungs - Diagramm.

Prüfung metallischer Werkstoffe; Zugproben sowie Richtlinien für die Herstellung metallischer Werkstoffe.

Büro-Arbeitsstuhl - Teil 3: Sicherheitsprüfungen; Deutsche Fassung

Möbel für den Wohnbereich - Sitzmöbel - Prüfverfahren zur Bestimmung der Festigkeit und Dauerhaltbarkeit;

Tische; Prüfverfahren für die Bestimmung der Standsicherheit und der mechanischen Festigkeit der Konstruktion

Sitzmöbel und Tische für den Wohn-, Objekt- und Campingbereich - Teil 2: Mechanische sicherheitstechnische Anforderungen und Prüfverfahren für Sitzmöbel

Der ECT-Wert (Edge Compression Test), zu deutsch Kantenstauchwiderstand, gibt Auskunft darüber, wie viel Kraft eine Wellpappenprobe mit einer definierten Länge und Höhe ohne Schäden abtragen kann. Dieser Wert kann zur näherungsweisen Berechnung des BCT-Wertes herangezogen werden, um die Stapelstauchfähigkeit eines Kartons zu berechnen. Am einfachsten und ungenauesten ist die Formel nach McKee. McKee-Formel: BCT = 5,876 x ECT (kN/m) Wurzel aus Schachtelumfang (mm) x Wellpappendicke (mm)

Das Eindringverfahren ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Es wird angewandt zur Anzeige von oberflächennahen Fehlern, wie Poren, Risse, Bindefehler, Überlappungen und Falten, die zur Oberfläche hin offen sind. Das Verfahren ist nach EN 571 sowie EN ISO 3452 genormt.

Verfahren

Nach der Reinigung der Oberfläche wird eine Penetrant genannte Flüssigkeit auf die zu prüfende Stelle aufgebracht. Diese dringt in vorhandene Risse ein. Nach einiger Zeit wird das Penetrant von der Oberfläche gespült, in eventuell vorhandenen Rissen bleibt Penetrant zurück. Trägt man nun eine Entwickler genannte weiße Flüssigkeit auf, werden die Reste des stark kontrastierend gefärbten Penetranten mit der Zeit an der Oberfläche sichtbar. Die Entwicklerflüßigkeit trocknet sehr schnell und zieht als Pulver im getrockneten Zustand die Farbe an.

Teilweise erfolgt die Betrachtung des Werkstücks auch unter UV-Licht. Das Verfahren ist für eine Reihe von Werkstoffen und Werkstücken verwendbar. Eine Magnetisierbarkeit des Prüflings ist nicht nötig.

Anwendung

Das Eindringverfahren wird vornehmlich bei metallischen Werkstoffen eingesetzt, kann jedoch bei allen nicht porösen Werkstoffen eingesetzt werden. Es ist mit geringem Aufwand selbst unter Baustellenbedingungen einsetzbar. Unter Einwirkung von Fett kann es zu Beeinträchtigungen der Ergebnisse kommen, da sich der der Riss zusetzt.

Die Feindehnungsmessung ist ein Verfahren der Werkstoffprüfung. Zur Ermittlung elastischer Werkstoffkennwerte werden auf einer elektronischen Zerreißmaschine bei stufenweiser Belastung Kraft, Längenänderung und Dehnung an einem Probestab gemessen und kontinuierlich registriert. Die Kraft wird durch einen in der Zerreißmaschine befindlichen Kraftaufnehmer gemessen, die Längenänderung der Probe mit einem Wegaufnehmer und die Längs- und Querdehnung der Probe mit Dehnungsmessstreifen (DMS). Die Belastung erfolgt nur im elastischen Bereich.

Festigkeit ist eine Werkstoffeigenschaft und beschreibt den mechanischen Widerstand, den ein Werkstoff einer Verformung oder Trennung entgegensetzt. Aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm werden die technisch relevanten Festigkeitskennwerte ermittelt. Je nach Werkstoff, Werkstoffzustand, Temperatur, Belastung und Belastungsgeschwindigkeit können unterschiedliche Festigkeiten erreicht werden.

Je nach Art der angreifenden Belastung unterscheidet man

• statische und dynamische Festigkeit: z.B. ruhende, ansteigende, Zeit- oder Dauerfestigkeit,
• nach der Richtung der Last: vor allem Zug- und Druckfestigkeit,
• aber auch Biege-, Knick- und Scherfestigkeit.

Bei einer Zugbeanspruchung unterscheidet man zwischen den Begriffen

• Zugfestigkeit
  • Formelzeichen (bei Metallen): R_m
  • Einheitenzeichen: N/mm² (= MPa)
• und der Fließgrenze (Dehngrenze bzw. Streckgrenze)
  • Formelzeichen (bei Metallen): R_p bzw. R_e
  • Einheitenzeichen: N/mm² (= MPa)

Die Dehngrenze wird dabei einer bestimmten plastischen Verformung, z.B. 0,2%, zugeordnet. Man schreibt dann R_p0,2. Die (ausgeprägte) Streckgrenze spielt nur bei un- und niedriglegierten Stählen in bestimmten Wärmebehandlungszuständen eine Rolle, insbesondere bei Baustahl.

In die mechanische Auslegung von Bauteilen fließt der Mindestwert bzw. gewährleistete Wert der Festigkeiten ein.

Die Mindestzugfestigkeit liegt beispielsweise bei einem Stahl (S235JR - früher St37-2), der im Stahlhochbau Verwendung findet, je nach Qualität bei 370 N/mm². Seine Mindeststreckgrenze hingegen bei 235 N/mm². Würde man nun in einem Zugversuch eine Probe dieses Stahls, welche einen Querschnitt von 1 mm² hat, mit einer Kraft belasten, müsste diese bei mindestens 370 N liegen um die Probe zu zerreißen. 370 N entsprechen auf der Erde dem Gewicht einer Masse von 37,7 kg. Daraus kann geschlossen werden, dass beim Versuch, mit diesem Stahldraht eine Masse von 37,7 kg oder größer zu heben, ein Versagen des Werkstoffes nicht mehr ausgeschlossen werden kann. Bei dieser Belastung wird der Draht bereits bleibend (plastisch) verformt. Da dies meistens nicht zugelassen werden soll, verwendet man bei der mechanischen Auslegung von Bauteilen häufig die Mindeststreckgrenze (R_e). Dieser Wert gibt die Spannung im Werkstoff an bis zu der nur eine elastische Verformung stattfindet. Das heißt bei einer Zugkraft F_z von 235 N auf eine Probe mit einem Querschnitt von 1 mm² dehnt sich diese Probe zwar, sie kehrt aber, ohne sich bleibend (plastisch) zu verformen, in ihren Ursprungszustand zurück. Hier lässt sich eine Masse von 23,9 kg ermitteln, mit deren Gewicht dieser Werkstoff im Zugversuch belastet werden kann, sich aber elastisch verhält.

Aus Sicherheitsgründen werden die genannten Kennwerte in der technischen Anwendungen grundsätzlich noch durch einen Sicherheitsfaktor dividiert, der die Unsicherheiten bei der Beurteilung der Beanspruchung und die Streuung der Widerstandsgrößen berücksichtigt, aber auch vom möglichen Schaden bei Versagen des Bauteils abhängt. Im Stahlbau liegt der Sicherheitsfaktor für das Material in der Regel bei 1,1. Dabei ist zu beachten, dass die Belastungen jeweils durch eigene Faktoren abgesichert werden (Teilsicherheitskonzept).

Da die Kennwerte immer nur im einachsigen Zugversuch ermittelt werden, Bauteile aber oft mehrachsig beansprucht werden (z.B. Wellen auf Biegung und Torsion, wobei die Biegung an sich strenggenommen bereits eine mehrachsige Beanspruchung bedeutet) gilt es, unter Zuhilfenahme einer Festigkeitshypothese eine einachsige Vergleichsspannung zu ermitteln, die dann mit der bekannten Festigkeit verglichen werden kann.

Schwingende und auch viele sich allgemein bewegende Bauteile werden periodisch belastet. Diese Belastungen können nicht hinreichend mit Hilfe der oben genannten Kennwerte beschrieben werden, da es dort bereits bei deutlich geringeren Belastungen zum Versagen des Werkstoffs kommt. Solche Belastungen werden mit Hilfe der Dauerschwingfestigkeit erfasst.

Festigkeitslehre ist ein Teilgebiet der technischen Mechanik und befasst sich mit der Wirkung von Kräften auf deformierbare Festkörper. Im Gegensatz zur Statik sind hier materialabhängige Parameter wie der Elastizitätsmodul oder die Dehngrenze von Bedeutung. Hauptinhalt der Festigkeitslehre ist es, vorauszusagen, ob ein Bauteil der aufgebrachten Belastung standhält. Die allgemeine Beschreibung des Verhaltens der Festkörper wird Kontinuumsmechanik genannt.

Es gibt verschiedene Ansätze der Festigkeitslehre. Alle Ansätze stellen den auftretenden Belastungen die Widerstandsfähigkeit des Körpers gegenüber. Hauptunterschiede zwischen den Ansätzen sind die Aufteilung der Parameter auf die Bereiche Belastung und Widerstandsfähigkeit. Im folgenden wird der heute am weitesten verbreitete Ansatz beschrieben.

Inhaltsverzeichnis [Verbergen] 1 Auftretende Belastungen 2 Widerstandsfähigkeit des Körpers 3 Ergebnisse der Festigkeitsberechnung 4 Beispiel 5 Berechnungsverfahren 6 Literatur

Auftretende Belastungen

Die auftretenden Belastungen werden nach den Gesetzen der Mechanik berechnet. In einigen Fällen werden auch die Gesetze der Fluidmechanik, der Thermodynamik oder des Wärmetransports genutzt, um Randbedingungen oder Belastungen zu berechnen.

Wichtig ist hierbei, dass die Belastungen meist analytisch unter vereinfachenden Annahmen (z. B. Weglassen der Schwere) bestimmt wird. In jüngster Zeit werden jedoch immer häufiger numerische Methoden wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet.

Die bei einer äußeren Belastung im Körper auftretenden Spannungen sind abhängig von:

• Beanspruchungsart: Zug¹⁾, Druck¹⁾, Schub, Biegung, Torsion oder eine Kombination (zusammengesetzte Beanspruchung)
• Richtung der äußeren Belastungen
• Betrag der äußeren Belastungen
• Ort der äußeren Belastungen
• Geometrie des Körpers
• Zeitliches Verhalten der Belastungen (z. B. schwellend, wechselnd)

¹⁾ Zug und Druck werden i. A. als eine Belastungsart (der Normalspannung) angesehen.

Widerstandsfähigkeit des Körpers

Die Widerstandsfähigkeit eines Körpers wird in vielen Fällen ermittelt, indem man die Materialkennwerte einer genormten Probe auf die Kennwerte des Körpers umrechnet.

Dabei bedient man sich im Allgemeinen der Elastizitätstheorie bzw. auch der Plastizitätstheorie. Für einfach geformte (z. B. stabförmige Körper) können daraus Formeln theoretisch abgeleitet werden. Für kompliziertere Körper verwendet man vorwiegend Computerprogramme, u. a. Anwendungen der Finite-Elemente-Methode. Weitere Einflüsse (außer Form, Belastungsart und Materialkennwerte) sind:

• der Größeneinfluss (bedingt durch den unterschiedlichen Einfluss von Materialfehlern)
• der Oberflächeneinfluss, bedingt z. B. durch Rauhheit oder Verfestigung der Oberfläche
• Einfluss sonstiger Randbedingungen, z. B. Temperatur (soweit nicht schon im Berechnungsmodell berücksichtigt), trockene Reibung oder aggressive Medien.

Diese Einflüsse werden z. T. durch empirisch gewonnene Faktoren berücksichtigt.

In manchen Fällen wird die Widerstandsfähigkeit der Körper rein empirisch entwickelt, d. h. durch Experimente an gleichartigen Körpern oder Modellen. Bei der Verwendung von Modellen müssen die Gesetze der Ähnlichkeitstheorie berücksichtigt werden.

In einigen Bereichen z. B. Maschinenbau oder Bauwesen existieren einheitliche Berechnungsverfahren, die größtenteils genormt sind.

Ergebnisse der Festigkeitsberechnung

Die Ergebnisse sind dimensionslose Werte (Werte ohne physikalische Einheiten), die Sicherheiten genannt werden. Sie werden als Verhältnis von Widerstandsfähigkeit zur auftretenden Belastung berechnet. Die Sicherheiten müssen größer als die Mindestwerte sein. Die Höhe dieser Mindestwerte hängt im Wesentlichen von folgenden Einflüssen ab:

• Genauigkeit des gewählten Berechnungsmodelles
• Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Auftretens von Höchstwerten unabhängiger Belastungen
• Wahrscheinlichkeitsverteilung der Werkstoff-Widerstandswerte
• Auswirkung des Versagens von Bauteilen auf das gesamte Tragwerk

In vielen Fällen muss die Sicherheit gegen mehrere Versagensarten nachgewiesen werden, z. B.:

• Sicherheit gegen Bruch
• Sicherheit gegen Funktionsverlust durch unzulässige Verformung
• Sicherheit gegen Ermüdung (Bruch nach häufigen Belastungsänderung, z. B. bei Fahrzeugachsen)
• Sicherheit gegen Stabilitätsverlust, z. B. gegen Knicken oder Beulen

Beispiel

Als einfachstes Beispiel ist ein Stab zu betrachten, der von beiden Seiten mit der Kraft F gezogen wird. Mit der Querschnittsfläche A ergibt sich die Spannung s. (s =F/A).

Besteht der Stab aus dem Stahl S235, so kann nun die Spannung s mit der Streckgrenze dieses Stahls verglichen werden (ca. 235 N/mm²). Ist die Spannung kleiner als die Streckgrenze, verformt sich der Stab nicht dauerhaft.

Berechnungsverfahren

Es werden insbesondere die Berechnungsverfahren der Technischen Mechanik und der Baustatik benutzt; dazu gehörten bis ins 20. Jahrhundert hinein vor allem graphische Verfahren, wie

• der Mohrsche Spannungskreis zur Bestimmung der Komponenten des Spannungstensors,
• das Seileckverfahren zur Bestimmung der Lage und Größe der Resultierenden bei mehreren Kräften,
• der Cremonaplan zur Bestimmung der Stabkräfte in Fachwerken.

Hinzu kamen analytische Verfahren der Kraftgrößenmethode, wie

• das Rittersche Schnittverfahren zur Berechnung einzelner Stabkräfte in Fachwerken oder
• die Anwendung der Sätze von Castigliano zur Berechnung der Auflagerkräfte und Schnittreaktionen in statisch unbestimmten Tragwerken.

Heute haben sich in der Hauptsache computergestützte Methoden durchgesetzt, die die Analyse auch komplizierter Systeme mit verhältnismäßig geringem Aufwand ermöglichen. Dazu gehören vor allem

• die Finite-Elemente-Methode und
• die Rand-Elemente-Methode.

Der Zugversuch ist ein nach DIN EN 10 002 für metallische Werkstoffe genormtes Standardverfahren der Werkstoffprüfung. Beim Zugversuch ist die Gleichmaßdehnung A_g die auf die Anfangslänge L₀ bezogene plastische Längenänderung L_pm bei Beanspruchung der Zugprobe mit der Höchstkraft F_m.

Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt. Härte ist nicht nur der Widerstand gegen härtere Körper, sondern auch der Widerstand gegen weichere und gleich harte Körper. Die Definition der Härte ist anders als bei der Festigkeit, wo von der Widerstandsfähigkeit eines Stoffes gegenüber inneren oder äußeren Kräften gesprochen wird. Die Härte eines Körpers lässt Rückschlüsse auf vielerlei Eigenschaften zu, wobei sich diese nach der Art des Körpers richten. Ein Beispiel ist das Verschleißverhalten. Harte Brillengläser zerkratzen weniger, harte Zahnräder nutzen sich langsamer ab. Bei der Auswahl von Werkzeugschneiden wie Fräskopf oder Drehmeißel ist die Härte von besonderer Bedeutung, denn harte Schneiden bleiben länger scharf. Vielfache Anwendung und je nach fachlichem Schwerpunkt andere Akzentsetzung findet der Begriff der Härte in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft bei der Analyse von Werkstoffen und in den Geowissenschaften bei der Charakterisierung von Gesteinen und Mineralen. Beide überschneiden sich diesbezüglich auch mit den Ingenieurwissenschaften, wobei die Härte vor allem in der Ingenieurgeologie eine größere Rolle spielt. Die Härte gehört mit der Risszähigkeit, Festigkeit, Duktilität, Steifigkeit, Dichte und der Schmelztemperatur zu den Werkstoffeigenschaften eines Werkstoffes.

Die Härte lässt sich nur durch den Vergleich von mehreren Werkstoffen oder Werkstoffzuständen ermitteln.Gibt Unterschiedliche Härteskalen ( Brinell, Rockwell, Vickers).

Der IK-Stoßfestigkeitsgrad ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Bauteiles gegen Stoßbeanspruchung. Er ist nach CEI EN 50102 genormt und beschreibt, wie viel Schlagenergie in Joule das Bauteil aushält, ohne zu brechen. Es gibt 10 Klassen:

• K00 keine Stoßfestigkeit
• IK01 bis zu 0,150 J
• IK02 bis zu 0,2 J
• IK03 bis zu 0,35 J.
• IK04 bis zu 0,5 J.
• IK05 bis zu 0,7 J.
• IK06 bis zu 1 J.
• IK07 bis zu 2 J.
• IK08 bis zu 5 J.
• IK09 bis zu 10 J.
• IK10 bis zu 20 J.

Übersetzungen des Namens Internationale Organisation für Normung ergeben verschiedene Abkürzungen, abhängig von der Sprache, zum Beispiel: IOS (International Organization for Standardization) auf Englisch oder OIN (Organisation internationale de normalisation) auf Französisch. Deshalb wählte man die einheitliche Kurzbezeichnung ISO, die vom griechischen Wort „isos“ abstammt, das „gleich“ bedeutet. Somit ist die Kurzbezeichnung in jedem Land und jeder Sprache einheitlich.

Eine ISO-Norm ist ein vom Internationale Organisation für Normung (ISO) publizierte Norm. • Als Europäische Norm übernommen ISO-Normen (EN ISO) siehe Kategorie:Europäische Norm, zahlreiche ISO-Normen sind auch als DIN ISO umgesetzt und in DIN eingetragen, wenn sie keine Europäische Norm (DIN EN ISO) sind • Bitte alphabetisch unter der Nummer eintragen: [[Kategorie:ISO-Norm|Nummer]]. (Wenn der zugehörige Artikel einen anderen Titel hat, den passenden Redirect kategorisieren.) Metalische Werkstoffe - Prüfung von Prüfmaschinen für statische einachsige Beanspruchung Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen - Prüfung und Kalibrierung .

Anschaulisch kann das J.Integral als die auf die Probendicke B bezogene Energieänderung U bei einer Änderung der Risslänge um a interpretiert werden. J= - (1/B)*( U/a) Mit diesem Energiekriterium ist es möglich, aus Kraft-Verschiebungskurven das J-Integral experimental zu bestimmen.

Die Kerbwirkung entsteht an eingeschnittenen oder gekerbten Körpern, die auf Zug, Scherung oder Torsion belastet werden. Durch die Kerbe entstehen lokale Spannungsspitzen, welche die Festigkeit des Körpers mindern. Technische Bedeutung Die Kerbwirkung ist häufig unerwünscht, da sie Bauteile in technischen Anwendungen höher beansprucht, so dass diese, um ihre bestimmungsgemäße Lebensdauer zu erreichen, größer gebaut werden müssen oder ansonsten vorzeitig versagen.

Andererseits wird die Kerbwirkung gezielt eingesetzt. Gezielte Anwendung Entlastungskerben: Wenn Bauteile große Durchmesseränderungen haben, kann man Entlastungskerben einbringen, die den Übergang vom großen Durchmesser auf den kleinen Durchmesser elastischer machen.

• Um bei Überlastungen einen unvermeidbaren Bruch gezielt nur an einer bestimmten Stelle auftreten zu lassen, werden Kerben als Sollbruchstellen platziert. Bei der Konstruktion achtet man dann darauf, dass die Bruchstelle einfach erreichbar und das geschädigte Bauteil kostengünstig ersetzbar ist, sowie auch weitergehende Schadensrisiken vermieden werden.
• Verpackungen, wie z.B. Konservendosen oder Getränkedosen mit Aufreißlaschen oder Folienverpackungen werden mit vorgestanzten Kerben versehen, um das Öffnen zu erleichtern Kerbwirkung als Störfaktor Kerben, die zu einem unerwünschten Ausfall führen, können zahlreiche Ursachen haben:
• Viele natürliche Vorgänge hinterlassen Kerben, wie z.B. Rost an der Oberfläche von Stahlbauteilen. Bei solchen Konstruktionen wird so die Struktur geschwächt; bei fortschreitender Schädigung beendet dann ein Riss spontan die Tragfähigkeit.
• Die Kerbwirkung geht von rauhen Oberflächen aus. Oftmals kann man ihr mit geglätteten oder polierten Oberflächen entgegenwirken.
• Einschlüsse im Körper, z.B. Lunker oder Graphit in Grauguss, wirken als Kerben.
• Die Art des Fügeverfahrens, z.B. Nieten statt Kleben, beeinflusst die Kerbwirkung an der Nahtstelle.
• Die Geometrie des Bauteils kann Kerbenwirkung hervor rufen, z.B. ein Wellenabsatz oder eine Änderung des Querschnitts bei rotationssymmetrischen (runden) Bauteilen. Berechnung Die Abschätzung der Kerbwirkung geschieht in der Konstruktion auf mehrere Arten:
• Einfache Probleme werden mit Vergleichszahlen abgeschätzt, welche den Werkstoff und die geometrischen Bedingungen berücksichtigen.

Mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) können Kerbwirkungen berechnet werden Mechanismus Kerbwirkung Die vier Bilder zeigen, wie die Kerbwirkung entsteht:

1. Ausgangslage: Ein normaler Rundstab, der nicht belastet wird und eine zylindrische Form hat.

2. Wird an den Enden eine Zugkraft längs der Bauteilachse aufgebracht, dann verlängert sich der Stab unter dem Einfluss der Zugkraft. Gleichzeitig zieht er sich quer zur Zugrichtung (rote Pfeile) zusammen (Querkontraktion). Wie sehr er sich in Querrichtung zusammenzieht, wird von der Querdehnungszahl (Poissonzahl) beschrieben.

3. Schweißt man an den Rundstab eine Hülse an (gelb hinterlegt) und belastet ihn wiederum auf Zug, so ändert sich nichts Wesentliches an den Verhältnissen. Auch hier zieht sich der Stab in Querrichtung zusammen.

4. Wenn allerdings die Hülse mit dem Rundstab über die gesamte Länge fest (stoffschlüssig) verbunden wäre oder -was von der Wirkung analog wäre- der Zugstab eingekerbt wird, ergeben sich zusätzliche Spannungen. Die gelb markierten Zonen werden von der Zugkraft in Längsrichtung nicht gedehnt, deshalb ziehen sie sich nicht in Querrichtung zusammen. Andererseits möchte sich das Kernmaterial (grau hinterlegt), welches die Zugkraft weiterleitet nach innen zusammenziehen (rote Pfeile). Die gelb markierten Zonen sacken aber nicht nach und erzeugen statt dessen eine Querkraft, die nach außen gerichtet ist und das Kernmaterial an der Querkontraktion hindern will.

5. Hier ist die Spannungsverteilung in einer Welle dargestellt, die auf Zug belastet wird. Die Spannungen verteilen sich einigermaßen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt.

6. Wählt man eine dickere Welle und versieht sie mit einem Einstich, so dass der Restquerschnitt den gleichen Durchmesser d hat, wie die vorige Welle, dann ergibt sich an den Übergangsstellen eine Spannungsüberhöhung. In dieser Situation entstehen nicht nur Zugspannungen in Längsrichtung, sondern die Kerbe erzeugt auch Zugspannungen in Querrichtung. Das tragende Kernmaterial wird zusätzlich belastet und der nun mehrachsige Spannungszustand führt zu lokalen Spannungsspitzen. Die Welle mit der Kerbe ist also weniger tragfähig als die ungekerbte, schmale Welle, obwohl sie eine größere Masse hat. Nimmt man an, dass in Bild (4) der größte Durchmesser D und der engste Durchmesser d ist, dann reißt dieser gekerbte Stab bei geringeren Zugspannungen als ein Stab, der über die gesamte Länge nur den Durchmesser d hat. Wie stark eine Kerbe die Spannung überhöht, hängt von mehreren Faktoren ab: • Der Werkstoff kann besonders empfindlich sein, z.B. spröde Werkstoffe. Zähe (duktile) Werkstoffe hingegen können durch plastische Deformation (Fließen) die Kerbspannungen herabsetzen. • Die Form der Kerbe: Spitze oder tiefe Kerben wirken stärker als gut ausgerundete oder flache Kerben. • Die Art der Belastung, z.B. ruhend, schwellende Zugbelastung oder wechselnde Druck- und Zugbelastungen

Der Kraftversuch ist von der Kraftrichtung aus gesehen, die Umkehrung des Zugversuches und wird hauptsächlich bei spröden Metallen, z. B. Gusseisen und Baustoffen eingesetzt. Zur Prüfung metallischer Werkstoffe werden zylindrische Proben mit einem Verhältnis von Höhe (h₀) und Durchmesser (d₀) von 1 bis 3 verwendet (). Bei Stählen wird ein Durchmesser von 10 bis 30 mm verwendet, das Verhältnis muss 1,5 betragen (). Bei Baustoffen kommen würfelförmige Proben zum Einsatz.

Beim Kraftversuch werden die Proben (Querschnitt S₀) mit stetig ansteigender Kraft zwischen zwei parallelen Druckplatten belastet. Die Belastung wird so lange erhöht, bis es bei spröden Werkstoffen zum Bruch kommt, bis es bei duktilen Werkstoffen zu einem Anriss auf der Oberfläche kommt oder wenn eine vereinbarte Gesamtstauchung e_dt erreicht ist. Die dabei aufgebrachte Kraft wird ermittelt und die Festigkeit s_dB in N / mm² bestimmt (). Ist bei einem verformbaren Werkstoff eine Stauchung von 50% () eingetreten, wird der Versuch abgebrochen. Die Festigkeit wird dann mit angegeben. Bei Baustoffen und Holz wird meistens s_d10 bestimmt.

Das Kraftspannungs-Dehnungs-Diagramm von metallischen Werkstoffen zeigt am Übergang von vorwiegend elastischer Verformung zur überwiegend plastischen Verformung meist eine Unstetigkeit auf. Diese wird Quetschgrenze s_dF genannt und entspricht der Streckgrenze im Zugversuch. Weist die Kurve diese Unstetigkeit nicht auf, so kann bei Bedarf die technische Stauchgrenze s_0,2 bestimmt werden. Die umgekehrte Kraftrichtung zum Zugversuch darf über prinzipielle Unterschiede nicht hinweg täuschen. Die zwischen der Probe und den Druckplatten auftretende Reibung behindert die Verformung der Proben, es kommt somit zu einer tonnenförmigen Ausbauchung (engl: barreling). Es liegt keine Gleichmaßstauchung und keine der Einschnürung im Zugversuch analoge Ausbauchung vor. Die Verformungsbehinderung setzt sich kegelförmig ins Probeninnere fort, weshalb nur ein Teil des Probenvolumens plastisch verformt wird.

Eine Leichtgaskanone (engl. light gas gun oder light-gas gun) ist ein Massebeschleuniger der in der experimentellen Impaktphysik eingesetzt wird, um Projektile auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen.

Ziel solcher Versuche ist es, die physikalischen Vorgänge beim Einschlag z. B. von Minimeteoriten in Weltraumfahrzeugen und Satelliten oder von Projektilen in Panzerungen zu untersuchen. Ebenso dienen solche Experimente als Modellversuche dem Verständnis von Meteoriteneinschlägen auf der Erde.

Es wird zwischen einstufigen Leichtgaskanonen (engl. single-stage light-gas gun) und zweistufigen Leichtgaskanonen (engl. two-stage light-gas gun) unterschieden. Häufig werden Leichtgaskanone und zweistufige Leichtgaskanone synonym benutzt.

Inhaltsverzeichnis [Verbergen] 1 Allgemeines 2 Funktionsweise 3 Projektile / Treibspiegel 4 Verwendungszweck 5 Leistung 6 Siehe auch 7 Weblinks

Allgemeines

Die Idee einer Leichtgaskanone besteht darin, als Treibgas für die Beschleunigung eines Testobjektes (allgemein "Projektil", engl. "projectile" oder auch "model") ein molekular sehr leichtes Gas zu benutzen. Im Allgemeinen wird Helium oder Wasserstoff verwendet. Bei gleicher kinetischer Energie besitzen dessen Teilchen eine höhere Geschwindigkeit als bspw. die relativ schweren Verbrennungsgase einer Treibladung. Leichtgasbeschleuniger ermöglichen daher eine vergleichsweise hohe Endgeschwindigkeit für das Projektil.

Zum Vergleich: Die molare Masse von Wasserstoff beträgt ca. 2 g/mol, während die Produkte üblicher Treibladungspulver (eine Mischung aus Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff) eine mittlere molare Masse von ca. 30 g/mol besitzen. Herkömmliche Kanonen erreichen Geschwindigkeiten bis ca. 2,8 km/s, während mit zweistufigen Leichtgaskanonen bis ca. 11,5 km/s erreicht wurden.

Funktionsweise

Die wesentlichen Teile einer zweistufigen Leichtgaskanone sind das Treibrohr (engl. pump tube) und der Lauf (engl. launch tube). Im Treibrohr befindet sich das Leichtgas, das mittels eines zylindrischen Kolben komprimiert wird. Der Kolben wird in der Regel durch eine Treibladung oder ein verdichtetes Gas angetrieben. Zwischen Treibrohr und Lauf befindet sich ein konisches sog. Hochdruckteil (engl. high pressure section), dessen Ende durch ein Ventil vom Lauf getrennt ist. Hat das Leichtgas einen ausreichend hohen Druck erreicht, wird das Ventil geöffnet, und das hoch verdichtete Leichtgas strömt in den Lauf und beschleunigt das Projektil. Als Ventil wird üblicherweise eine zwischen ein und fünf Millimeter dicke Metallscheibe verwendet, die mit schlitzförmigen/kreuzförmigen Sollbruchstellen versehen ist (engl. petal valve) und die bei einem bestimmten Druck birst. Im Hochdruckteil werden kurzzeitig extrem hohe Drücke in der Größenordnung um 1 GPa bzw. 10 kbar erreicht. Die Kompression des leichten Gases stellt die erste Stufe dar, die Beschleunigung des Projektils die zweite. Daher kommt die Bezeichnung zweistufige Leichtgaskanone.

Einstufige Leichtgaskanonen entsprechen zweistufigen Leichtgaskanonen ohne erste Stufe. Sie bestehen aus einem Reservoir mit angeschlossenem Lauf. Reservoir und Lauf sind zunächst durch eine Membran getrennt. Hier werden meist Kunststoff-Membranen verwendet. Nachdem das Projektil in den Lauf eingebracht ist, wird das Reservoir mit molekular leichtem Gas gefüllt. Beim Erreichen des gewünschten Reservoirdrucks wird die Membran z. B. mit einem Dorn zum Platzen gebracht. Das Gas strömt in den Lauf und beschleunigt das Projektil.

Projektile / Treibspiegel

Die Projektile werden nicht direkt verschossen. Stattdessen werden sie in so genannte Treibspiegeln eingebettet (wie im Englischen und Französischen auch im Deutschen gelegentlich als "Sabot" bezeichnet). Der Treibspiegel, zumeist aus Kunststoff, zerfällt beim Austritt aus dem Lauf in mehrere Elemente und wird von einer Blende (engl. sabot catcher) aufgefangen. Die Trennung wird in der Regel aerodynamisch erreicht, entweder durch einen hohen Gasdruck außerhalb des Laufs oder durch den Druck des Treibgases.

Diese Technik hat den Vorteil, dass nahezu beliebig geformte Projektile verschossen werden können, z. B. Modelle für Weltraummüll oder Meteoriten, Stabpenetratoren (Wuchtgeschosse) mit aerodynamischen Stabilisatoren. Zusätzlich haben sie die Aufgabe, den Lauf vor dem Projektil zu schützen: Bei Fehlschüssen kann es vorkommen, dass sich der Treibspiegel bereits im Lauf trennt und das Projektil freigibt. Solche Fälle führen zu einer starken Beschädigung, die den Lauf in der Regel unbrauchbar macht.

Verwendungszweck

Nach dem Austritt aus dem Lauf durchfliegt das Projektil den sog. Blasttank, in dem das Treibgas abgefangen wird. Hier befindet sich auch die erwähnte Blende, ebenso wie in der Regel mehrere Laserlichtschranken, die zur Geschwindigkeitsmessung und als Triggerquelle für die Sensorik verwendet werden. An den Blasttank schließt eine weitere Kammer an, die Impakttank oder Targetkammer genannt wird und in der sich das Target befindet. Beide Tanks bieten durch entsprechende Panzerung den notwendigen Splitterschutz und werden bei Bedarf (hohe Geschwindigkeiten, Wasserstoff als Treibgas) evakuiert.

Impakttank bzw. Targetkammer sind mit Sensorik (wie Hochgeschwindigkeitskameras, Röntgenröhren und -filmen etc.) ausgerüstet, um den Einschlag ("Impakt") auf das Target zu beobachten. Der Impaktvorgang dauert häufig nur wenige zehn bis hundert Mikrosekunden.

Leistung

Die höchste bisher mit einer zweistufigen Leichtgaskanone erreichte Geschwindigkeit liegt bei ca. 11,5 km/s. Bei Schüssen über ca. 8 bis 9 km/s nimmt der Verschleiß an der Anlage jedoch stark zu, so dass ab ca. 10 km/s in der Regel Lauf und Hochdruckteil nach jedem Schuss ausgewechselt werden müssen. Aufgrund der damit verbundenen Kosten werden solche Schüsse nur selten durchgeführt. Dazu kommt, dass bisher nur kurze Plastikzylinder auf Maximalgeschwindigkeit beschleunigt wurden.

Die routinemäßig mit zweistufigen Leichtgaskanonen erreichten Geschwindigkeiten hängen von der Geschossmasse ab. Im Milligrammbereich werden ca. 8 km/s (29.000 km/h) erreicht, im Grammbereich ca. 7 km/s (25.000 km/h), im Kilogrammbereich ca. 5 km/s (18.000 km/h). Zur Orientierung: Bei der Simulation von Weltraummüll-Einschlägen werden Kugeln aus Aluminium mit einem Durchmesser zwischen ca. 1 mm (Gewicht ca. 1,4 mg) und 10 mm (ca. 1,4 g) verschossen.

Die Geschwindigkeit lässt sich über die Menge der Treibladung und den Leichtgasdruck im Pumprohr für die jeweilige Geschossmasse einstellen.

Einstufige Leichtgaskanonen erreichen erheblich geringere Geschwindigkeiten.

Abkürzung für Materialprüf(ungs)anstalt oder Materialprüfungsamt (MPA) MPAs sind unabhängige Prüflaboratorien auf dem Gebiet der Werkstofftechnik und Baustofftechnik insbesondere der Werkstoffprüfung und Baustoffprüfung.

Häufig sind die MPAs Instituten an Universitäten und Hochschulen angegliedert. Neben der Materialprüfung werden auch Forschungsvorhaben und gutachterliche Tätigkeiten von den MPAs wahrgenommen. Die MPAs bieten daher ein Betätigungsfeld für Wissenschaftler, Ingenieure und technische Mitarbeiter wie Werkstoffprüfer und Baustoffprüfer oder Assistenten.

Die Messtechnik befasst sich mit Geräten und Methoden zur Bestimmung (Messung) physikalischer Größen wie beispielsweise Länge, Masse, Kraft, Druck, Drehzahl, Ladung, Strom, Spannung, Temperatur oder Zeit. Wichtige Teilgebiete der Messtechnik sind die Entwicklung von Messsystemen und Messmethoden, sowie die Erfassung, Modellierung und Reduktion (Korrektur) von Messfehlern und unerwünschten Einflüssen. Dazu gehört auch die Justierung und Kalibrierung von Messgeräten. Die für die Messtechnik grundlegende Norm ist in Deutschland die DIN 1319. Zu den entsprechenden Regelungen in Österreich siehe das dortige Normungsinstitut und die ÖNORM. Die Messtechnik ist in Verbindung mit Steuerungs- und Regelungstechnik eine wichtige Grundlage der modernen Automatisierungstechnik. Für die Methoden und Produkte der industriellen Fertigung kennt man den Begriff der Fertigungsmesstechnik.

Abkürzung für Materialprüf(ungs)anstalt oder Materialprüfungsamt (MPA) MPA sind unabhängige Prüflaboratorien auf dem Gebiet der Werkstofftechnik und Baustofftechnik insbesondere der Werkstoffprüfung und Baustoffprüfung. Häufig sind die MPA Instituten an Universitäten und Hochschulen angegliedert. Neben der Materialprüfung werden auch Forschungsvorhaben und gutachterliche Tätigkeiten von den MPA wahrgenommen. Die MPA bieten daher ein Betätigungsfeld für Wissenschaftler, Ingenieure und technische Mitarbeiter wie Werkstoffprüfer und Baustoffprüfer oder Assistenten. Neben den MPA auf Landesebene gibt es auf Bundesebene die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin. Die Anstalten stehen in keinem Über- oder Unterordnungsverhältnis und die BAM hat auch etwas andere Aufgaben.

Ein Pendelhammer wird für den Kerbschlagbiegeversuch eingesetzt. Es handelt sich um ein keilförmig geformtes Massestück, das an einem freischwingenden Pendel aufgehängt ist.

Der Prüfkörper – meistens aus Kunststoff oder Metall – zerbricht beim Aufprall des Pendelhammers. Je nach Materialverhalten wird dabei das Pendel mehr oder weniger abgebremst bzw. ausgelenkt. Der Werkstoffprüfer erkennt aufgrund der Auslenkung welche Energie der Prüfling absorbiert hat und kann so die Zähigkeit des Materials errechnen. Das Pendel ist in einem Pendelschlagwerk eingebaut. Mit den heutigen Pendelschlagwerken wird die Auslenkung elektronisch gemessen und ausgewertet.

Inhaltsverzeichnis 1 Arten 1.1 Charpy-Hammer 1.2 Izod-Hammer 1.3 Schlagzug 1.4 Halbkugel

Arten [Bearbeiten]

Je nach DIN-Norm ist der Pendelhammer unterschiedlich ausgeführt. Er unterscheidet sich nach Form, Masse und Pendellänge.

Charpy-Hammer

Im Bild ist ein Charpypendel nach DIN EN ISO 179 (Norm für Kunststoffe zur Bestimmung der Charpy-Schlagzähigkeit) abgebildet. In der DIN EN ISO 179 sind Pendel mit 50 J (Joule), 25 J, 15 J, 7,5 J, 4 J und 1 J einzusetzen. Wie im Bild zu erkennen, wird bei einem Charpypendel die Probe an beiden Seiten gehalten und in der Mitte durchgeschlagen.

Das Verfahren ist üblicherweise nicht für harte Schaumstoffe und Schichtverbundstoffe mit Schaumstoffkern geeignet.

Die Norm ASTM D 256, Methode B Charpy, schreibt die Pendel 2,7 J, 5,4 J, 10,8 J, 21,6 J vor. Bei dieser Norm erreicht der Pendelhammer beim Aufprall eine Geschwindigkeit von 3,46 m/s.

Izod-Hammer

Im Gegensatz zum Izod Pendel nach DIN EN ISO 180 (Norm für Kunststoffe zur Bestimmung der Isod-Schlagzähigkeit) wird der Prüfkörper hochkant eingespannt. Izod-Pendel gibt es nach DIN EN ISO 180 in folgenden Varianten (Aufprallenergien): 22 J, 5,5 J und 1 J.

Schlagzug

Eine dritte Variante des Pendelhammers ist der Schlagzug-Hammer nach ISO 8256. Bei dieser Prüfung wird die Probe gestreckt, ähnlich wie bei einem Zugversuch. Hierzu werden Pendel mit 2 J und 4 J verwendet. Hier sind Geschwindigkeiten zwischen 2,6 und 3,2 m/s einzuhalten. Bei den Pendeln 7,5 J, 15 J, 25 J und 50 J sind Geschwindigkeiten von 3,4 bis 4,1 m/s einzuhalten.

Halbkugel

Ein Pendelhammer wird auch bei der Bestimmung der Rückprallelastizität für Gummi und Kautschuk verwendet. Der Hammer wird hierfür auch als Hammerfinne (Halbkugel) bezeichnet und hat eine Aufprallenergie von 0,5 J.

Probekörper oder Prüfkörper finden in Prüf- und Messverfahren Anwendung, und zwar entweder als Prüfgegenstand oder als Prüfmittel:

• In der Werkstoffprüfung sind Probekörper speziell angefertigte und geformte Materialproben; sie sind insofern Gegenstand der Prüfung.
• Als Probekörper werden aber auch Objekte bezeichnet, die – ohne selbst Prüfgegenstand zu sein – in zu prüfende Systeme eingebracht werden. Hier haben sie die Funktion eines Prüfmittels.

Sind die Eigenschaften von Probekörpern in entsprechenden DIN-Vorschriften beschrieben, spricht man von Normprüfkörpern. Es gibt Firmen, die auf den Vertrieb unterschiedlichster Probekörper spezialisiert sind.

Die Universalprüfmaschine, auch Prüfmaschine genannt, wird zur Bestimmung von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen bzw. Kennwerten daraus für Werkstoffe verwendet. Im Einzelnen können Zugversuche, Druckversuche oder Biegeversuche durchgeführt werden, wobei Zugversuche am häufigsten sind.

Aufbau:

• Die Zugprüfmaschine besteht im allgemeinen aus einer feststehenden und einer bewegten Traverse, welche mittels einer (bzw.) zwei Spindeln elektrisch oder durch einen Hydraulikzylinder angetrieben wird. Die Traverse wird mit einer definierten Geschwindigkeit (je nach Prüfvorgabe) in eine Richtung bewegt um die Zugprobe die durch Probenhalter zwischen den Traversen gehalten wird zu zerreißen. Dabei werden die Verformung der Probe über den Traversenweg oder einen Dehnungssensor und die benötigte Kraft mit einem Kraftaufnehmer aufgezeichnet. Mit Hilfe der Probenabmessungen können daraus die Spannungen und Dehnungen berechnet werden.

Anforderungen:

• DIN 51220 Allgemeines zur Anforderung an Werkstoffprüfmaschinen und zu deren Prüfung und Kalibrierung
• EN ISO 7500-1 Metalische Werkstoffe - Prüfung von Prüfmaschinen für statische einachsige Beanspruchung Teil 1: Zug- und Druckprüfmaschinen - Prüfung und Kalibrierung
• ISO 5893 Prüfgeräte für Kautschuk und Kunststoffe

Relaxation bezeichnet die Entspannung nach einer Anspannung. Stabile physikalische Systeme kehren nach einer äußeren Störung über Relaxationsprozesse in ihren Grundzustand zurück.

Als Relaxationszeit bezeichnet man eine Zeitkonstante, die für einen gegebenen Relaxationsprozess charakteristisch ist. Wenn die Relaxation einer Größe f(t) einem exponentiellen Gesetz

f(t) = exp( - t / t) * f(t = 0)

folgt, dann ist t die zugehörige Relaxationszeit. Im Falle komplizierterer Zeitabhängigkeiten kann man die Relaxationszeit als

definieren.

In der Festigkeitslehre versteht man unter Relaxation eine Abnahme der Spannung bei konstanter Dehnung (z.B. erschlaffende Schraubenfeder bei konstanter Federstrecke).

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Für spezifische Information zu einzelnen Relaxationsprozessen siehe

• in der Physik:
  • Relaxation (NMR) in der Kernspinresonanz ("Spin-Spin-Relaxation", "Spin-Gitter-Relaxation")
  • Relaxation (Hydrodynamik)
• in der Chemie:
  • Relaxationszeit einer Reaktion
• in Biologie / Medizin:
  • Muskelrelaxation
• im Operations Research (Relaxierung):
  • Das Weglassen von Bedingungen in Optimierungsmodellen, um ein einfacher lösbares Modell zu erhalten, welches das ursprüngliche Problem enthält.
    • Bei der LP-Relaxierung wird beispielsweise ein gemischt-ganzzahliges Optimierungsproblem dadurch relaxiert, dass die Ganzzahligkeitsforderung ignoriert wird.
    • Bei der Lagrange-Relaxierung werden Nebenbedingungen mit Strafkosten für deren Verletzung in die Zielfunktion aufgenommen.
• In der Numerischen Mathematik dient die Relaxation bei der Lösung von komplexen Gleichungssystemen, die mit Iterationsverfahren gelöst werden, als Hilfsmittel.

Es existieren mehrere von dem amerikanischen Ingenieur und Firmengründer Stanley Rockwell im Jahre 1920 entwickelte Härteprüfverfahren, die für bestimmte Einsatzbereiche spezialisiert sind. Die unterschiedlichen Verfahren werden mit HR und einer anschließenden Kennung gekennzeichnet; Beispiele für eine Rockwellbezeichnung sind HRA, HRB, HRC oder HR15N; Bei Härteprüfung an Blechen bis zu einer Dicke von 0,20 mm HR15T und darüberhinaus HR30Tm. Die Rockwellhärte eines Werkstoffes ergibt sich aus der Eindringtiefe eines kegelförmigen Prüfkörpers aus Diamant. Sie ist in der Norm DIN EN ISO 6508 (DIN EN 10109) festgelegt und wird mit HRC abgekürzt; das C steht dabei für das englische Wort cone für „Kegel“. Mit einer festgelegten Prüfkraft wird dieser Kegel, der einen Spitzenwinkel von 120° und eine abgerundete Spitze mit einen Radius von 0,2 mm besitzt, in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes vorbelastet. Die eingedrungene Tiefe des Eindringkörpers dient hierbei als Bezugsebene. Danach wird der Eindringkörper über einen Zeitraum von mindestens zwei Sekunden und maximal sechs Sekunden mit der Hauptlast belastet. Anschließend wird diese wieder entfernt, so dass nur noch die Vorlast wirksam ist. Die Differenz der Tiefen vor und nach Auflegen der Hauptlast ist das Maß für die Rockwellhärte des Werkstoffes. Die Eindringtiefe des Diamantkegels wird direkt mit einer Messuhr, die mit der Prüfspitze verbunden ist, festgestellt. Auf der Skala der Uhr kann man die Härtewerte in Rockwelleinheiten (HRC) unmittelbar ablesen. Dieses Prüfverfahren kommt vor allem bei sehr harten Werkstoffen zum Einsatz. Als weitere Rockwelleindringkörper werden Hartmetallkugeln mit einem Durchmesser von 1,5875 Millimetern (HRB, HRF, HRG) oder 3,175 Millimetern (HRE, HRH und HRK) verwendet.

Der Scherversuch dient der Untersuchung der Belastungsfähigkeit eines Werkstoffs gegen Abscherung. Dazu wird ein definierter Rundstab in eine Schervorrichtung eingespannt und einer ständig wachsenden Scherkraft ausgesetzt, bis dieser abgeschert ist. Die Abscherkraft Fm wird gemessen und auf die beiden Scherflächen S0 aufgeteilt. Daraus ergibt sich die Scherfestigkeit τ.

In der Technik ist es häufig von großer Bedeutung, die Eigenschaften eines verwendeten Materials hinsichtlich seiner Festigkeit, seiner Plastizität bzw. seiner Sprödigkeit, seiner Elastizität und einiger anderer Eigenschaften genau zu kennen.

Zu diesem Zweck werden Materialproben im Zugversuch getestet, indem die Probe mit bekanntem Ausgangsquerschnitt in eine Zugprüfmaschine eingespannt und mit einer Zugkraft F belastet wird.

Unter Erhöhung der Kraft wird diese dann über der verursachten Längenänderung ?L grafisch dargestellt.

Diese Kurve bezeichnet man als Kraft-Verlängerungs-Diagramm.

Um eine Messkurve zu erhalten, die nur von der Art und Struktur des geprüften Materials, also nicht von den geometrischen Abmessungen der Probe abhängt, verwendet man reduzierte Einheiten, d.h. die Längenänderung ?L wird auf die Anfangslänge L₀ und die Kraft F auf den senkrechten Querschnitt S₀ des Körpers im undeformierten Zustand bezogen.

Diese jetzt von der Probenform unabhängige Kurve nennt man Spannungs-Dehnungs-Diagramm.

Dehnung:

(Nenn-)Spannung:

,

Je nachdem, ob man den Versuch spannungsgeregelt oder dehnungsgeregelt fährt, ist die Spannung bzw. die Dehnung die unabhängige Variable. Es hat sich jedoch eingebürgert, immer die Spannung über der Dehnung aufzutragen.

Die Nennspannung bezieht sich immer auf den Ausgangsquerschnitt S₀. Die Wahre Spannung steigt jedoch ab R_m weiter an, da sich die Querschnittsfläche aufgrund von Einschnürung verringert. Dies wird in den meisten Diagrammen falsch dargestellt, weil die wahre Spannung nicht direkt in mit dem Zugversuch ermittelt werden kann. Eine Möglichkeit die wahre Spannung zu ermitteln, ist die gleichzeitige optische Auswertung.

Man unterscheidet verschiedene Bereiche im Spannungs-Dehnungs-Diagramm:

• den linear-elastischen Bereich (Proportionalbereich, „Hookesche Gerade“), in welchem die Dehnung der Spannung proportional ist und somit das Hookesche Gesetz gilt
• den nicht-linear elastischen Bereich, in welchem die Verformung noch reversibel ist (elastisch) aber nicht mehr der Spannung proportional ist.
• der plastische Bereich, in welchem die Verformung teilweise plastisch d.h. irreversibel ist. Wenn die Elastizitätsgrenze überschritten wird, entstehen im Bauteil bleibende Deformationen.

Baustähle zeigen einen ausgeprägten Streckgrenzeneffekt, der durch interstitiell eingelagerte Fremdatome, beispielsweise C und N hervorgerufen wird.