Werkstoffprüfung

Elastische und Plastische Verformung

Du fragst dich was der Unterschied zwischen elastischer und plastischer Verformung ist? In diesem Video erklären wir es dir!

Inhaltsübersicht

Erklärung und Unterschied von Elastischer und Plastischer Verformung bei Einwirkung von Kräften auf Werkstoffe

Wenn mechanische Bauteile unter Belastung stehen, wirken auf diese im Normalfall Kräfte oder Drehmomente. Diese Kräfte verursachen im Werkstoff Spannungen. Die Größe dieser Spannungen berechnet sich aus der einwirkenden Kraft pro Fläche:

\sigma=\frac{F}{A}

Da Werkstoffe in der Regel nicht völlig starr sind, verformen sie sich bei der Einwirkung der Kräfte auf den Körper. Die Verformungen können zum Beispiel Dehnungen, Biegungen, Verdrillungen oder Stauchungen sein. Dabei hängen die Art und die Stärke der Verformung vom Werkstoff selbst, seiner Verformbarkeit und von der Art der Belastung ab.

Verformungen von Werkstoffen
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Verformungen von Werkstoffen

Grundsätzlich wird in der Mechanik zwischen zwei Verformungsarten unterschieden:

  1. die elastischen und
  2. die plastischen Verformungen.

Elastische Verformung

Wir beginnen mit der elastischen Verformung.

Von dieser spricht man, wenn ein Werkstoff nach einer Verformung wieder in den ursprünglichen Ausgangszustand zurückgeht. Die Verformung hält also nur an, solange eine Belastung wirkt.

Unser Balken wird also mit einer Kraft F belastet. Dabei biegt er sich um f_{el} nach unten. Sobald der Balken wieder unbelastet ist, geht er in seinen Ausgangszustand zurück.

Elastische Verformung bei Werkstoffen
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Elastische Verformung

Beispiel: Du kannst dir das auch an einem Gummiball vorstellen. Nehmen wir an du wirfst diesen gegen eine Wand. Bei dem Aufprall wird nun das Atomgitter des Materials zusammengedrückt, aber keine Atome wandern von ihren Plätzen im Gitter ab. Der Ball wird zusammengequetscht. Nach Beendigung des Drucks springt der Ball wieder in seinen Ausgangszustand zurück.

Mit Hilfe des Hookeschen Gesetzes kannst du die Verformung berechnen.

Plastische Verformung

Nun kommen wir noch zur zweiten Verformungsgruppe, den plastischen Verformungen.

Ein Bauteil sollte grundsätzlich nur elastisch und nie plastisch verformt werden. Sind die Spannungen durch die Belastung des Bauteiles nämlich zu groß, verformt sich das Bauteil irreversibel. Dies wird als Formänderung bezeichnet. Aber Achtung! Es gibt nach wie vor einen elastischen Teil der Verformung. Das heißt es ist nur ein bestimmter Anteil der Verformung dauerhaft.

Schauen wir uns wieder den Balken von vorhin an. Mit der Belastung durch die Kraft F biegt er sich um einen elastischen und um einen plastischen Teil nach unten. Wird die Kraft nun weggenommen, bleibt nur der plastische Anteil f_{pl}.

Plastische Verformung bei Werkstoffen
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Plastische Verformung

Ein Beispiel dafür ist das Verbiegen eine Büroklammer. Zwar kannst du diese wieder zurückbiegen, aber die genau gleiche Form wird sie nie mehr erhalten. Das liegt daran, dass es bereits zu einer Atomwanderung gekommen ist und diese sich nicht an ihren Ursprungsplatz zurückbewegen können. Im Extremfall kann es hier sogar zum Bruch des Werkstoffes kommen.

Das war doch gar nicht so schwer. Nun weißt du was der Unterschied zwischen elastischen und plastischen Verformungen ist.

Hier noch eine kleine Zusammenfassung für dich:

  1. Bei einer elastischen Verformung geht der Werkstoff nach der Verformung wieder in den ursprünglichen Zustand zurück.
  2. Bei plastischen Verformungen kommt es zu einer Formänderung. Durch gleichzeitig vorhandene elastische Verformungen ist jedoch nur ein Teil der Verformung dauerhaft.

 

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