Steifigkeit vs. Festigkeit:Zu beachtende Unterschiede und Schlüsselfaktoren

Die Festigkeit und Steifigkeit des Materials sind zwei entscheidende Eigenschaften, die es bei der Bewertung von Produkten zu verstehen gilt. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Anwendung von Materialien für verschiedene Zwecke. Einige Anwendungen erfordern Produkte, die stark und biegebeständig sein müssen. Solche Produkte müssen auch in der Lage sein, die Last über eine erforderliche Fläche zu verteilen.

Oftmals verwechseln Menschen diese Eigenschaften als gleich. Viele Menschen verwechseln beide Konzepte auch mit der Härte von Materialien. Es gibt jedoch mehrere Unterschiede zwischen ihnen. Daher ist es wichtig, diese Unterschiede bei der Auswahl von Materialien für verschiedene Zwecke zu verstehen.

Dieser Artikel erklärt den Unterschied zwischen Festigkeit und Steifigkeit und ihre technischen Eigenschaften. Es enthält auch Tipps zum Erstellen perfekter Designs mit steifen und starken Materialien. Lassen Sie uns gleich eintauchen!

Steifigkeit vs. Festigkeit

Steifigkeit und Festigkeit sind eng miteinander verbunden. Als solche sind sie leicht verwirrende Begriffe, wenn es um Ingenieurwissenschaften geht. Ihre Verwendung in der allgemeinen Sprache macht es für die meisten Menschen schwierig, ihre Unterscheidung zu verstehen. Das macht es auch recht schwierig, sie entsprechend einzuordnen. Obwohl beide ein Gefühl des Widerstands implizieren, unterscheidet sich die Steifheit in vielerlei Hinsicht von der Stärke.

Was ist Stärke?

Festigkeit ist ein Maß für die Belastung, der ein Material standhalten kann, ohne zu brechen. Dies ist die Fähigkeit des Materials, die maximale Belastung auszuhalten, bevor es bricht oder dauerhaft verformt wird.

Wenn ein Material verformt wird, ändert es seine Form als Reaktion auf die aufgebrachte Kraft. Festigkeit bezieht sich daher auf die Fähigkeit eines Materials, eine Kraft aufzunehmen, ohne zu brechen.

Es ist ein Gesamtmaß für die Fähigkeit des Materials, der darauf ausgeübten Belastung standzuhalten, bevor der Punkt der bleibenden Verformung erreicht wird. Ingenieure assoziieren oft einen Wert, der als Streckgrenze „σy“ bekannt ist, mit Festigkeit. Dies hilft, den Unterschied zwischen Festigkeit und Steifigkeit festzustellen. Die Festigkeit eines Materials ergibt sich aus seiner chemischen Zusammensetzung und Wärmebehandlung.

Arten von Stärke

Es gibt verschiedene Arten und Maße der Festigkeit, die bei der Bewertung von Materialien überprüft werden müssen. Dazu gehören die folgenden:

Zugfestigkeit

Dies ist die maximale Dehnung oder Zugkraft, die ein Material aushalten kann, bevor es dauerhaft beschädigt wird. Die Zugfestigkeit ist im Wesentlichen ein Maß dafür, wie viel das Material widerstehen kann. Es ist ein nützlicher Bezugspunkt für die Leistung von Teilen in Anwendungen.

Es gibt drei Haupttypen von Zugfestigkeit, darunter:

• Streckgrenze. An diesem Punkt beginnt sich das Material plastisch zu verformen.
• Ultimative Zugfestigkeit. Dies ist die ultimative oder maximale Belastung, der ein Material widerstehen kann, ohne zu brechen.
• Bruchfestigkeit. Diese beschreibt die Kraftkoordinate auf der Kraft-Dehnungs-Kurve an der Bruchstelle.

Schlagfestigkeit

Die Schlagfestigkeit ist ein Maß für die Stärke des Aufpralls oder der aufgebrachten Kraft, die das Material vor der Verformung aushalten kann. Die Belastung, die den Aufprall verursacht, und die Grenze des Materials werden in Energie ausgedrückt. Daher misst die Schlagfestigkeit das Energieniveau, das ein Material aufnehmen kann, bevor es sich verformt.

Druckfestigkeit

Wie der Name schon sagt, ist die Druckfestigkeit das maximale Maß an Kompression oder Druck, dem ein Material standhalten kann. Sie wird mit einer Universalprüfmaschine gemessen. Diese Maschine übt eine hohe Belastung auf das Material aus.

Streckgrenze vs. Endfestigkeit

Wie der Name schon sagt, ist die Streckgrenze die maximale Belastung, die ein Material aufnehmen kann, bevor es nachgibt und sich dauerhaft verformt. An dieser Stelle verformt sich das Material, wenn die höchste Kraft ausgeübt wird, um die Streckgrenze zu erreichen.

Andererseits bezieht sich die Zugfestigkeit auf die maximale Belastung, der ein Material standhalten kann, während es gedehnt wird. Die Reißfestigkeit ist der höchste Widerstand des Materials gegen die ausgeübte Kraft. Dies führt häufig zu einer dauerhaften Dehnung oder Dehnung des Materials.

Sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit sind jedoch Indikatoren für die Fähigkeit eines Materials, Verformungen zu widerstehen.

Was ist Materialsteifigkeit?

Die Steifigkeit eines Materials ist das Maß für die Fähigkeit eines Materials, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem auf es eine äußere Kraft eingewirkt hat. Es bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, äußeren Kräften zu widerstehen und dennoch in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.

Diese Kräfte umfassen Biegen, Strecken und andere Formen der Belastung. Sie kann auch als Steifigkeit eines Materials bezeichnet werden. Dies ist seine Fähigkeit, einer Verformung zu widerstehen. Steifheit ist eng mit elastischen oder flexiblen Materialien verbunden. Je flexibler ein Material ist, desto geringer ist die Steifigkeit.

Im Allgemeinen ist die Steifigkeit das Gesamtmaß der Durchbiegung, die durch die Belastung des Materials verursacht wird. Ingenieure assoziieren oft einen Wert, der als Young Modulus „E“ für Stiffness bekannt ist.

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Beziehung zwischen Steifigkeit und Festigkeit

Wenn es um Steifheit und Festigkeit geht, kommt man leicht durcheinander. Es erscheint oft logisch, dass ein steifes Material stark genug ist, um Kräften standzuhalten und Lasten zu tragen, ohne zu brechen. Dies ist jedoch nicht der Fall, da „stärker“ nicht unbedingt „steifer“ bedeutet.

Die Festigkeit eines Materials und seine Steifigkeitseigenschaften stehen nicht in direktem Zusammenhang. Dies zeigt sich, wenn diese Materialien mit unterschiedlichen Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften äußeren Kräften ausgesetzt werden. Die Eigenschaften des steifen Materials können es ihm ermöglichen, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, nachdem es verschiedene Formen angenommen hat, um die Kraft aufzunehmen.

Andererseits ändert ein starkes Material seine Form nicht. Es widersteht der Kraft entweder oder es verformt sich dauerhaft, wenn die Kraft größer als seine Zugfestigkeit ist. Dies kann für die bloße Logik verwirrend sein, da der Widerstand gegen physikalische Verformung ein Schlüsselelement für die Definition von Festigkeit und Steifigkeit ist. Das Material kann jedoch leicht brechen, wenn es eine geringe Festigkeit hat. Wenn es eine geringe Steifigkeit hat, kann es eine hohe Last ablenken.

Was ist der Unterschied zwischen Festigkeit und Steifigkeit von Material?

Festigkeit und Steifigkeit sind zwei physikalische Eigenschaften eines Materials. Ein Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass Steifheit die Fähigkeit eines Objekts ist, Belastungen standzuhalten, ohne zu brechen. Andererseits ist Festigkeit die Fähigkeit eines Objekts, einer Verformung zu widerstehen, wenn Spannung ausgeübt wird.

Festigkeit misst die Spannung oder Kraft, die auf ein Material ausgeübt wird, bevor es bricht (Zugfestigkeit) oder sich dauerhaft verformt (Streckgrenze). Die Steifheit des Materials definiert jedoch, wie sich ein Material biegt, um einer ausgeübten Kraft zu widerstehen, während es nach Entfernen der Kraft in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.

Ein starkes Material mit geringerer Steifigkeit bricht, wenn die ausgeübte Kraft seine Zugfestigkeit übersteigt. Das starke Material verändert seine Form nicht. Wenn die ausgeübte Kraft seine Stärke übersteigt, bricht es einfach und verliert vollständig seine ursprüngliche Form.

Steifes Material mit geringerer Festigkeit biegt sich jedoch ab. Die Durchbiegung hilft ihm, die auf ihn ausgeübte Kraft aufzunehmen. Daher kann es in seine ursprüngliche Form zurückkehren, sobald die Kraft entfernt wird.

Best Practices in der Konstruktion für Festigkeit und Steifigkeit

Steifigkeit vs. Festigkeit ist ein wichtiges Thema, das in der Fertigung berücksichtigt werden muss. Hier sind vier Best Practices, die Sie vor und während eines Designprozesses im Auge behalten sollten.

1. Berechnen Sie die erwartete Belastung für jedes Material

Um festzustellen, wo es zu Rückschlägen kommen kann, müssen Sie die zu erwartende Kraft ermitteln, die auf jedes Material ausgeübt werden soll. Es ist wichtig zu wissen, wie man die Steifigkeit des Materials testet. Sie können dies tun, indem Sie messen, wie das beabsichtigte Design auf unterschiedliche Kräfte reagiert. Um dies zu untersuchen, können Sie Instrumentierungstechniken einsetzen, um das Modellverhalten vorherzusagen und die resultierenden Daten zu analysieren. Darüber hinaus müssen Sie Kriech- und Ermüdungsvariablen in alternativen Systemen beachten, die mit der Umgebung verbunden sind, der das Material ausgesetzt wäre.

2. Führen Sie vor der Auswahl Tests mit einer Reihe von Materialien durch

Materialien mit bekannten mechanischen Eigenschaften sollten verwendet werden, um die Festigkeit oder Steifheit mit der äußeren Kraft zu testen. Materialien wie Keramik sind spröde. Sie zeigen keine Verformung vor dem Bruch. Bei Krafteinwirkung brechen sie schnell und verformen sich dauerhaft. Metalle hingegen besitzen duktile und spröde Eigenschaften. Wenn sie duktil sind, zeigen sie vor dem Bruch eine plastische Verformung. Die spröden Alternativen verformen sich bei Krafteinwirkung dauerhaft über ihre Streckgrenze

hinaus

3. Identifizieren Sie wichtige Faktoren, wenn Sie mit Ihrem Design beginnen

Es ist wichtig, Faktoren und Komponenten zu identifizieren, die für Ihr Design am wichtigsten sind. Diese Faktoren können gleichmäßige und stoßartige Belastungen sowie konstante und konzentrierte Belastungen umfassen. Dies ist besonders wichtig in der Anfangsphase Ihres Designs, wenn Sie Ihr Design mit CAD-Software entwickeln. Dies hilft Ihnen beim Erstellen grafischer Darstellungen dieser Komponenten mithilfe von Blockdiagrammmodellierung und Bondgraphen. Daher erhalten Sie einen Hinweis auf die erforderliche Steifheit und Festigkeit.

4. Bestätigen Sie die Funktionalität des Designs vor dem Prototyping

Sie können sich an Ingenieure wenden, um Ihr Design zu überprüfen. Sie helfen Ihnen bei der technischen Analyse Ihres Designs und bieten bei Bedarf Überprüfungen an. Nutzen Sie die Vorteile der FEA-Analyse, um die Geometrie Ihres Designs zu optimieren. Stellen Sie dann vor dem Prototyping sicher, dass die numerischen Ergebnisse synchron sind.

Schlussfolgerung

Es ist wichtig, die individuellen Rollen von Festigkeit und Steifigkeit des Materials bei grundlegenden Entscheidungen zu verstehen. Sie sind ganz wesentliche Faktoren bei der Herstellung von High-End-Produkten. Dies liegt daran, dass die Produktion von der Reaktion des Materials auf die ausgeübte Kraft oder Belastung abhängt.

Der zuverlässigste Weg, den Unterschied zwischen Festigkeit und Steifigkeit zu verstehen, ist die Zusammenarbeit mit einem zuverlässigen Unternehmen. Bei RapidDirect verstehen wir die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Produktdesigns und Materialien. Wir verstehen auch, wie diese Materialien mit dem Boden und den Belastungen der Ausrüstung interagieren.

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