Was ist Biegemodul?

Der Biegemodul ist ein Maß dafür, wie sich ein bestimmtes Material dehnt und möglicherweise sogar verformt, wenn Gewicht oder Kraft darauf ausgeübt wird. Dies ist eine wichtige Berechnung im Ingenieur- und Architekturbereich, da sie Bauherren und Designern das maximale Gewicht angibt, das verschiedene Materialien tragen können. Berechnungen beeinflussen oft Entscheidungen beim Bau und Design von Wolkenkratzern und Häusern bis hin zu Industriemaschinen, Autos und einfachen Verbrauchergeräten. Infolgedessen spielt es eine wichtige Rolle in der Bau-, Maschinenbau- und Luft- und Raumfahrttechnik und -konstruktion und wird häufig verwendet, um die richtigen Materialien für Teile auszuwählen, die Lasten tragen, ohne sich zu verbiegen oder zu verziehen.

Materialunterschiede

Grundsätzlich beschreibt die Berechnung die Biegefähigkeit eines Werkstoffes mit einem bestimmten Querschnitt unter Belastung. Die Anzahl variiert jedoch notwendigerweise je nachdem, um welche Art von Material es sich handelt. Auch vergleichbar aussehende Oberflächen und Strukturen können unterschiedliche Tragfähigkeiten aufweisen.

Duktile Werkstoffe wie Stahl und Messing, die sich vor dem Versagen stark verformen können, haben beispielsweise eine genau definierte Modulklasse. Spröde Materialien wie Glas und Beton weisen typischerweise eine geringe oder keine plastische Verformung auf, bevor sie versagen. Aus diesem Grund haben viele spröde Materialien kein klar definiertes Maß und werden oft durch ihre Biegefestigkeit beschrieben – das ist die maximale Biegespannung, die aufgebracht werden kann, bevor das Material bricht oder versagt.

Zusammenhang zwischen Stress und Belastung

Der Begriff wird verwendet, um die Beziehung zwischen einer Biegespannung und der resultierenden Dehnung zu definieren. Die Dehnung ist ein Maß dafür, wie viel sich ein Material verformt, wenn eine Spannung aufgebracht wird. Die elastische Dehnung ist reversibel und verschwindet nach Abbau der Spannung, was bedeutet, dass das Material in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Bei hohen Belastungen verformt sich ein Material jedoch dauerhaft und kehrt in der Regel nicht in seine ursprünglichen Abmessungen zurück. Dies wird als „plastische Dehnung“ oder „Nachgeben“ bezeichnet.

Zeichnen der Kurve
Ingenieure und Architekten tragen den Modul in der Regel in einem Diagramm auf, das als visuelle Darstellung des Zusammenspiels zwischen Spannung und Dehnung dienen kann. Das Ergebnis wird normalerweise als „Spannungs-Dehnungs-Kurve“ bezeichnet und zeigt, wie sich die Dehnung mit der angelegten Biegespannung ändert. Die Steigung dieser Kurve in dem Bereich, in dem die elastische Dehnung auftritt, definiert den Biegemodul des Materials. Die Maßeinheiten sind in den meisten Fällen Pfund pro Quadratzoll (psi) oder Newton pro Quadratmeter, vielleicht besser bekannt als Pascal (Pa).

Lab Tests
Tatsächlich kann eine genaue Messung des Biegemoduls etwas kompliziert sein, wird aber fast immer durch eine Reihe intensiver Labortests ermittelt. In den meisten Fällen beginnen die Ingenieure mit einer Probe des Zielmaterials mit einer bestimmten Form und bekannten Abmessungen. Der „Biegetest“ ist im Wesentlichen eine Messung der Kraft, die erforderlich ist, um eine Probe zu biegen, die oft als „Träger“ bezeichnet wird und definierte Abmessungen hat. Techniker üben normalerweise Kraft an drei Punkten aus: Der Balken wird normalerweise an der Unterseite in der Nähe beider Enden abgestützt und eine Kraft wird oben am Mittelpunkt zwischen den unteren Stützen ausgeübt. Dies wird als Dreipunkt-Lastbedingungen bezeichnet. Nach Eingabe der Kraft wird jede Auslenkung oder Bewegung des Balkens gemessen, aufgezeichnet und später analysiert.
Der Biegemodul wurde für eine Vielzahl von Konstruktionsmaterialien bestimmt, darunter Metalle, Holz, Glas, Beton und Kunststoffe. Sie wird normalerweise bei Umgebungstemperaturbedingungen gemessen. Die Eigenschaften einiger Materialien, wie vieler Kunststoffe, ändern sich mit der Temperatur. Der Biegetest wird manchmal bei niedrigeren oder höheren Temperaturen durchgeführt, um die beabsichtigte Endverwendungsumgebung zu simulieren; Dieses Wissen ist sehr wichtig für Bauarbeiter in großen Höhen oder unter extremen Klimabedingungen, insbesondere in arktischen Zonen oder in Äquatornähe.