Was ist eine statische Belastung?

Eine statische Last ist eine mechanische Kraft, die langsam auf eine Baugruppe oder ein Objekt ausgeübt wird. Dem steht eine dynamische Belastung gegenüber, bei der es sich um eine schnell aufgebrachte Kraft handelt. Tests der statischen Belastung sind nützlich, um die maximal zulässigen Belastungen von Ingenieurbauwerken wie Brücken zu bestimmen, und sie können auch nützlich sein, um die mechanischen Eigenschaften von Materialien zu entdecken.

Diese Kraft wird häufig auf technische Strukturen angewendet, von denen die Sicherheit der Menschen abhängt, da Ingenieure die maximale Kraft kennen müssen, die eine Struktur aushalten kann, bevor sie zusammenbricht. Jede Kraft, die stetig ausgeübt wird, ohne dass ein Objekt bewegt wird, wird als statische Belastung betrachtet, und das Wissen darüber, wie viel Belastung eine Struktur bewältigen kann, ist nützlich, um Sicherheitsmargen für die Struktur festzulegen. Die Begrenzung der Belastung auf die Hälfte des Maximums einer Struktur ergibt einen Sicherheitsfaktor von zwei.

Ein Aufzug ist ein Beispiel, bei dem statische Belastung auftritt. Wenn zehn Personen in einem Aufzug stehen und darauf warten, dass sich die Türen schließen, üben sie eine statische Belastung auf den Aufzug aus, da sich die Personen und der Aufzug nicht relativ zueinander bewegen. Die Spannungen innerhalb des Aufzugs haben Zeit, um unter solchen Bedingungen ein Gleichgewicht zu erreichen. Ein Aufzug muss getestet werden, um eine maximale Gewichtsgrenze mit einem akzeptablen Sicherheitsspielraum festzulegen.

Eine dynamische Belastung hingegen ergibt sich, wenn sich die Belastungszustände mit der Zeit ändern. Wenn sich Personen in einem Aufzug bewegen, erzeugen sie eine dynamische Belastung, und die Belastungen an einem Punkt des Aufzugs können erheblich variieren.

Materialien selbst können einem Test unterzogen werden, um ihre grundlegenden Eigenschaften zu entdecken. Alle Materialien haben eine intrinsische Grenze, wie viel Zug- oder Druckspannung sie tolerieren können, bevor sie nachgeben oder sich dauerhaft verformen. Spannung ist ein Maß für die Kraft pro Flächeneinheit im Querschnitt eines Materials, und wenn die Kraft pro Flächeneinheit zu groß wird, entwickeln sich mikroskopische Brüche. Steigt die Kraft weiter an, kann das Material komplett brechen.

Ein Zugversuch kann verwendet werden, um die Zugfestigkeit eines Materials zu bestimmen. Objekte geraten in Spannung, wenn nach außen gerichtete Kräfte entlang der gleichen Achse aufgebracht werden. Wenn Kräfte vertikal aufgebracht werden, neigen Objekte dazu, etwas größer, aber dünner zu werden. Diese Verformung ist vorübergehend und verschwindet, sobald die Kräfte nachgelassen haben. Wenn Spannungen jedoch die Streckgrenze überschreiten, werden die Abmessungen eines Materials dauerhaft geändert.

Eine Probe, die einem Zugtest unterzogen wird, kann typischerweise Belastungen widerstehen, die höher sind als ihre Streckgrenze, ohne zu brechen. An einem bestimmten Punkt bricht die Probe jedoch in zwei Teile, weil die mikroskopisch kleinen Risse, die durch das Nachgeben entstanden sind, wachsen. Die Spannung am Punkt des vollständigen Bruchs wird als Reißfestigkeit eines Materials bezeichnet.