Kriechen Werkstoffe

Einfache Erklärung von Kriechen

Das Phänomen des Kriechens kann kompliziert erscheinen, aber in der einfachsten Form bedeutet es, dass ein Material sich langsam verformt, wenn es für längere Zeit einer konstanten Kraft ausgesetzt ist. Dabei ist es wichtig zu betonen, dass die Deformation von der angelegten Spannung und der Temperatur abhängt.

Verschiedene Aspekte von Kriechen bei metallischen Werkstoffen

Bei metallischen Werkstoffen kann das Kriechen in verschiedene Stadien eingeteilt werden: Primärkriechen, Sekundärkriechen und Tertiärkriechen.Zur Berechnung des Kriechverhaltens von Metallen kann die Formel von Norton-Hoff verwendet werden: \[ \dot{\varepsilon} = A \cdot \sigma^n \cdot e^{-\frac{Q}{RT}} \] Hierbei ist \(\dot{\varepsilon}\) die Kriechrate, \(\sigma\) die angelegte Spannung, \(A\) der Materialkoeffizient, \(n\) der Spannungsexponent, \(Q\) die Aktivierungsenergie, \(R\) die universelle Gaskonstante und \(T\) die absolute Temperatur. Es ist wichtig zu beachten, dass die genaue Kenntnis der Parameter \(A\), \(n\) und \(Q\) für die präzise Vorhersage des Kriechverhaltens eines Werkstoffs von großer Bedeutung ist.

Kriechen bei Beton und Holz

Das Phänomen des Kriechens ist nicht auf Metalle beschränkt. Es tritt auch bei anderen Materialien auf, darunter Beton und Holz. Bei diesen Werkstoffen kann das Kriechen in ihrer Struktur und Eigenschaften signifikante Veränderungen bewirken.

Kriechen bei Beton: Was passiert und wie kann es gemessen werden?

Beton, ein üblicherweise in der Bauindustrie verwendeter Werkstoff, ist ebenfalls dem Phänomen des Kriechens unter Spannung und über Zeit ausgesetzt. Bei Beton führt das Kriechen zu einer Zunahme der Deformation unter konstanter Belastung, die über das hinausgeht, was aufgrund der anfänglichen elastischen Verformung erwartet würde.

Kriechen bei Beton kann durch verschiedene Tests gemessen werden, die auf spezifischen Normen basieren. Diese Prüfverfahren beinhalten meistens uniaxiale Kriechtests unter konstanter Belastung.

• Uniaxialer Kriechtest: Hierbei wird eine Probe aus Beton unter eine konstante axial gerichtete Drucklast gesetzt und die Deformation wird über einen bestimmten Zeitraum gemessen.
• Multiaxialer Kriechtest: In diesem Fall wird der Beton gleichzeitig mehreren Belastungen ausgesetzt, um das Verhalten unter realistischeren Bedingungen zu testen.

Berechnung von Kriechen bei Beton: Ein kurzer Überblick

Die Berechnung des Kriechverhaltens von Beton kann auf der Basis des Kriechkoeffizienten erfolgen. Dabei setzt man das Kriechen in Bezug zur sofortigen elastischen Verformung. Die Formel dafür lautet: \( C(t) = \frac{{\varepsilon_{c}(t)}}{{\varepsilon_{e}}} \) Hierbei steht \( C(t) \) für den Kriechkoeffizienten, \( \varepsilon_{c}(t) \) für die Gesamtverformung zur Zeit \( t \) und \( \varepsilon_{e} \) für die sofortige elastische Verformung. Dieser Ansatz berücksichtigt jedoch nicht die komplexen physikalischen Prozesse, die während des Kriechvorgangs stattfinden. Daher gibt es verschiedenartige verbesserte Modelle zur besseren Beschreibung des Kriechverhalten von Beton.

Kriechen bei Holz verstehen und richtig bewerten

Holz ist ein anisotroper Werkstoff, das heißt, seine Eigenschaften variieren in verschiedenen Richtungen. Diese Anisotropie beeinflusst das Kriechverhalten von Holz maßgebend. Das Kriechen von Holzerfolgt hauptsächlich in Richtung der Holzfasern und ist bei konstanter Feuchte und Temperatur signifikant. Die Deformation ist hier zusätzlich stark von der Holzfeuchte und der Belastungsdauer abhängig. Es gibt eine Vielzahl von Tests zur Messung des Kriechverhaltens von Holz, wie der Biegetest und der Zugtest. Bei diesen Tests wird eine konstante Last auf das Holz ausgeübt und die Verformung über die Zeit gemessen.

Wie das Kriechen bei Holzwerkstoffen berechnet wird

Für die Berechnung des Kriechens bei Holz gibt es unterschiedliche Modelle, die den individuellen Materialeigenschaften von Holz gerecht werden. Ein einfaches Modell geht von einer linearen Kriechfunktion aus, die von der Belastungsdauer abhängig ist. Die Formel zur Berechnung der Verformung (Kriechen) ist: \( \varepsilon_{c}(t) = \sigma \cdot G(t) \) Dabei ist \( \varepsilon_{c}(t) \) die Kriechdehnung, \( \sigma \) die aufgebrachte Spannung und \( G(t) \) die Kriechfunktion. Es ist wichtig zu betonen, dass diese Berechnungen lediglich eine grobe Einschätzung des Kriechverhaltens liefern. Sie vernachlässigen eine ganze Reihe von Faktoren wie die Einflüsse von Temperatur, Feuchtigkeit oder unterschiedlichen Belastungsarten. Erweiterte Modelle, unter Berücksichtigung dieser Faktoren, sind für eine genaue Vorhersage des Langzeitverhaltens von Holz unter Belastung sinnvoll.

Technische Mechanik und Kriechen

Die technische Mechanik ist eine Disziplin, die sich mit der Bewegung von Körpern und der Wirkung von Kräften auf diese Körper beschäftigt. Sie ist besonders relevant beim Kriechen, weil es sich um ein Phänomen handelt, bei dem sich Materialien unter anhaltender Belastung langsam und beständig verformen. Die technische Mechanik bietet eine Vielzahl von Modellen, Methoden und Formeln, die verwendet werden können, um das Kriechverhalten von Materialien zu analysieren und zu berechnen. Sie ermöglicht es uns, die Kräfte und Spannungen zu verstehen, die während des Kriechprozesses auf das Material wirken und wie diese das Material beeinflussen. Einige der Schlüsselkonzepte, die bei der Untersuchung des Kriechens mit Hilfe der technischen Mechanik zur Anwendung kommen, sind:

• Spannung und Deformation: Die technische Mechanik ermöglicht es uns, zu verstehen, wie die auf ein Material ausgeübte Spannung zu Veränderungen in seiner Form oder Größe führt.
• Zeitverhalten: Da das Kriechen ein zeitabhängiges Phänomen ist, können Methoden aus der technischen Mechanik verwendet werden, um die Rate der Deformation über die Zeit zu modellieren.
• Materialkennwerte: Jedes Material hat spezifische mechanische Eigenschaften, die sein Kriechverhalten beeinflussen. Durch Kenntnis dieser Eigenschaften können Vorhersagen über das Kriechverhalten gemacht werden.