20.8 : Stresskonzentrationen

Das Konzept der Spannungskonzentration ist entscheidend für das Verständnis, wie Materialien unter Biegespannungen reagieren, insbesondere wenn Unregelmäßigkeiten oder Diskontinuitäten in der Materialgeometrie vorliegen. Normalerweise wird davon ausgegangen, dass die Spannung in einem symmetrischen Bauteil, das einer reinen Biegung ausgesetzt ist, gleichmäßig über den gesamten Querschnitt verteilt ist. Diese Annahme trifft jedoch nicht zu, wenn es Abweichungen in der Querschnittsgeometrie oder das Vorhandensein von Kerben und Löchern gibt.

Der Spannungskonzentrationsfaktor quantifiziert den Spannungsanstieg an Unstetigkeitsstellen. Es ist das Verhältnis der maximalen Spannung an der Diskontinuität zur Nennspannung, die für den gleichmäßigen Querschnitt-berechnet wurde. Dieser Faktor ist in der Konstruktionstechnik von wesentlicher Bedeutung, um sicherzustellen, dass Strukturen Belastungen standhalten können, ohne zu versagen, insbesondere an Stellen, an denen die Belastung aufgrund geometrischer Unregelmäßigkeiten verstärkt wird.

Beispielsweise steigt bei einer Platte mit einer U-förmigen Kerbe unter Biegebeanspruchung der Spannungskonzentrationsfaktor mit der Schärfe der Kerbengeometrie. Ebenso hängt der Spannungskonzentrationsfaktor bei einem runden Stab mit einem kreisförmigen Loch, der einer reinen Biegung ausgesetzt ist, vom Verhältnis des Lochdurchmessers zum Stabdurchmesser ab. Diese Beziehung verdeutlicht, dass der Spannungskonzentrationsfaktor zunimmt, wenn der Durchmesser des Lochs relativ zum Durchmesser der Stange zunimmt.