27.2
Eine axiale Belastung führt dazu, dass sich ein Stab dehnt und Dehnungsenergie in ihm speichert. Die Dehnungsenergiedichte im Stab ist die Energie pro Volumeneinheit.
Dabei ist das Verhältnis der Normalkraft zur Fläche die Spannung, und das Verhältnis der Dehnung zur ursprünglichen Länge des Stabes ist die erzeugte Dehnung.
Innerhalb des elastischen Bereichs kann die Dehnungsenergiedichte in Form des Elastizitätsmoduls ausgedrückt werden.
Die Spannungs-Dehnungs-Kurve weist eine lineare Beziehung im elastischen Bereich auf, was bedeutet, dass die Dehnungsenergiedichte dem Hookeschen Gesetz folgt. Hier wird die Dehnung nach Beseitigung der Spannung Null. Dieser Bereich der Energiedichte wird als Elastizitätsmodul bezeichnet.
Im plastischen Bereich bleibt auch nach dem Entfernen der Belastung eine gewisse bleibende Dehnung bestehen. Es wird also nur ein Teil der Dehnungsenergiedichte wiederhergestellt, und die verbleibende Energiedichte wird für die Verformung des Objekts in Form von Wärme aufgewendet.
Die Gesamtfläche unter der Kurve wird als Zähigkeitsmodul bezeichnet und stellt die Gesamtenergiedichte dar, die zum Brechen des Stabes erforderlich ist.
Das Verständnis der Dehnungsenergiedichte in Materialien unter axialer Belastung ist für die Bewertung ihres mechanischen Verhaltens und ihrer Haltbar…
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