Was ist elastische Grenze?

Die elastische Grenze eines Materials ist eine wichtige Überlegung in zivil-, mechanischer und Luft- und Raumfahrttechnik und -entwurf.Die elastische Grenze, auch als Ertragspunkt bezeichnet, ist eine Obergrenze für die Spannung, die auf ein Material angewendet werden kann, bevor es dauerhaft verformt.Diese Grenze wird in Pfund pro Quadratzoll (PSI) oder Newtons pro Quadratmeter gemessen, auch als Pascals (PA) bezeichnet.

Die elastische Grenze ist eine Funktion der Elastizität eines Materials.Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, nach einer Last oder Spannung zu seiner ursprünglichen Form oder Abmessungen zurückzukehren.Alle Materialien verformen sich, wenn eine Spannung oder Last angewendet wird.Die Dehnung ist ein Maß für die Verformungsmenge, die auftritt, wenn ein Material unter Spannung steht.

Elastischer Dehnung tritt auf, wenn ein Material einer geringen Spannung ausgesetzt ist.Es wird verschwinden, nachdem die Spannung entfernt wurde und das Material in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.Die plastische Dehnung tritt bei Spannungen über der elastischen Grenze auf.Ein Material, das plastische Belastung erfährt, erholt sich nicht vollständig und kehrt nach Entfernung der Spannung zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurück.

Diese Eigenschaft kann anhand des Beispiels einer Feder dargestellt werden.Wenn ein Gewicht an ein Ende einer Feder gehängt wird und das entgegengesetzte Ende festgelegt ist, verlängert es die Feder.Wenn eine geringe Menge an Gewicht angewendet und entfernt wird, kehrt die Feder zu ihrer ursprünglichen Länge zurück.Wenn die Feder zu viel Gewicht angewendet wird, wird es dauerhaft verformt und kehrt nicht zu seiner ursprünglichen Länge zurück, wenn das Gewicht entfernt wird.Die Feder hat eine plastische Verformung durchlaufen, da die durch das Gewicht verursachte Spannung die elastische Grenze überschritt.

Materialien haben eine messbare Beziehung zwischen angelegter Spannung und der resultierenden Dehnung.Diese Beziehung kann in einer Stress-Dehnungs-Kurve aufgetragen werden.Die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve bleibt in dem Bereich, in dem elastische Dehnung auftritt, konstant.Die elastische Grenze ist der Punkt, an dem die angelegte Spannung zu einem Einsetzen der dauerhaften Verformung führt, und die Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve ändert sich.

Nicht alle Materialien haben eine elastische Grenze.Duktilität ist ein Maß für die Menge an dauerhafter Verformung vor vollständigem Versagen.Duktile Materialien wie Stahl und Messing erleben eine große Menge an plastischer Verformung, bevor ein endgültiger Fehler auftritt.Spröde Materialien wie Glas und Beton zeigen wenig oder gar keine plastische Verformung, und ein vollständiger Versagen tritt häufig unmittelbar nach einem kritischen Wert von Stress auf.Aus diesem Grund haben spröde Materialien normalerweise keinen Ertragspunkt.