Zugspannung tritt auf, wenn ein Material Zug- oder Dehnungskräften ausgesetzt wird. Spannung wird als Kraft definiert, die über eine Querschnittsfläche ausgeübt wird, mit typischen Einheiten von Pfund pro Quadratzoll (psi) oder Newton pro Quadratmeter, auch bekannt als Pascal (Pa). Die Art der Belastung, der ein Material ausgesetzt ist, hängt davon ab, wie die Kraft ausgeübt wird. Die drei Grundspannungsarten sind Zug, Druck und Scherung. Das Verständnis dieser Kraft ist wichtig bei der Auswahl von Materialien für Maschinenbau- und Designanwendungen.
Die Abmessungen eines belasteten Objekts ändern sich aufgrund der Dehnung oder Verformung, die beim Aufbringen einer Kraft auftritt. Ein Material, das unter Zugspannung steht, dehnt sich aus, wenn es belastet wird. Ein Material, das einer geringen Belastung ausgesetzt ist, kehrt nach Wegfall der Kraft zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurück. Bei hohen Belastungen kann es vorkommen, dass ein Material nach Wegnahme der Kraft nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt und eine bleibende Verformung auftritt. Die Beziehung zwischen der aufgebrachten Spannung und der entsprechenden Dehnung kann verwendet werden, um das Verhalten eines Materials unter Zugspannung vorherzusagen.
Es stehen Prüfgeräte zur Verfügung, die Spannungen und Dehnungen, denen ein Material ausgesetzt ist, genau messen und eine Spannungs-Dehnungs-Kurve erstellen können. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve liefert typischerweise ein Verständnis dafür, wie sich ein Material verhält, wenn es einer angelegten Zugkraft ausgesetzt wird, und bestimmt die maximal zulässige Spannung, bevor eine dauerhafte Verformung und ein endgültiger Versagen auftritt. Um die Zugspannung zu messen, wird eine allmählich ansteigende Kraft auf eine Testprobe ausgeübt und der Kraftbetrag, der zum Dehnen und schließlich zum Brechen der Probe benötigt wird, wird gemessen und aufgezeichnet. Materialien, die Zugspannungen ausgesetzt sind und vor dem Versagen stark verformt werden, gelten als hochelastisch.
Die maximale Zugspannung, der ein Material standhalten kann, bevor es versagt, wird als Zugfestigkeit oder Zugfestigkeit bezeichnet. Der Wert der Zugfestigkeit variiert stark für verschiedene Materialien. Weiche, formbare Materialien – wie viele Kunststoffe, Gummi und Metalle – gelten als elastisch und unterliegen einer erheblichen Verformung, bevor ein vollständiger Ausfall auftritt. Harte und spröde Materialien wie Beton und Glas werden wenig oder gar nicht verformt, bevor es zu einem vollständigen Versagen kommt. Die ultimative Zugfestigkeit für viele verschiedene Arten von Metall, Holz, Glas, Gummi, Keramik, Beton und Kunststoff ist in verschiedenen Referenzhandbüchern zu Materialeigenschaften verfügbar.