Physikerboard.de :: Thema-Überblick - Reaktion von steifen Systemen auf Änderung der Spannungsrate

Dirk M · Verfasst am: 08. Apr 2020 16:23 Titel:

Danke für die Hinweise.

Ich habe zwei Infos nicht gegeben:
1. Es geht nicht um Brucherscheinungen.
2. Die Spannungsrate wird versuchstechnisch kontrolliert und die sich ergebende Dehnung gemessen.

Oder ich formuliere die Frage um:

Warum reagieren steife Systeme schneller auf eine Spannungsänderung (z. B. von 1 kPa/s auf 0,5 kPa/s) als weichere Systeme?

Mathefix · Verfasst am: 06. Apr 2020 09:52 Titel:

Frankx · Verfasst am: 05. Apr 2020 20:15 Titel:

Mathefix · Verfasst am: 04. Apr 2020 16:59 Titel:

Es werden 3 Kategorien von Brüchen unterschieden

- Verformungsbruch
- Ermüdungsbruch
- Sprödbruch (Gewaltbruch)

Sprödbruch tritt bei harten Materialien mit geringer Zähigkeit auf. Im Spannungs-/Dehnungsdiagramm zeigt sich ein steiler Anstieg der Geraden. Vor dem Erreichen der Elastizitätsgrenze tritt schlagartig der Bruch ein. Die Ursache sind kleinste Risse im Material, die durch das Gefüge gehen, da sich durch Kerbwirkung Spannungsspitzen bilden.
Für tiefergehende Betrachtungen müsste man sich mit der Kristall- bzw. Molekülstruktur des Materials beschäftigen.

Dirk M · Verfasst am: 04. Apr 2020 16:44 Titel:

Hallo Frankx,

das geht schon stark in die Richtung. Bei Geomaterialien hat man die ganze Bandbreite von spröd bis duktil reagierender Materie, von granularem bis monolithischen Materiebeschreibungen, von kontinuumsmechanischen bis diskontinuumsmechanischen Ansätzen.

Die Gesteine, die ich untersuche liegen in ihrem Verhalten zwischen Boden und Fels. Fels reagiert, bis auf Salzgestein, bei Spannungsbedingungen, wie sie an der Oberfläche oder in geringer Tiefe vorherrschen, vorwiegend spröde. Böden reagieren, wenn man einen Boden als Ganzes betrachtet und nicht dessen Einzelbestandteile, meist duktil. Was ich untersuche, sind sog. veränderlich-feste Gesteine (z. B. Tonstein, Schluffstein, Mergel). Da gibt es einige Gesteinstypen, die eher spröde agieren (also eine "Fels"-Schlagseite in ihrem Verhalten zeigen), und andere, die eher duktil reagieren (also eine "Boden"-Schlagseite in ihrem Verhalten zeigen).

Daher ist der Hinweis zum Glas nicht schlecht. Kannst du da auf eine Literaturstelle verweisen, die zitiert werden kann?

Frankx · Verfasst am: 03. Apr 2020 18:23 Titel:

Das erinnert mich an das Verhalten von spröden Materialien.
Spröde Materialien sind relativ steif, zeigen aber bei Belastung irgendwann plötzliche Änderungen. Extremes Beispiel ist Glas.

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Dirk M

Ich schreibe gerade eine wissenschaftliche Arbeit über das mechanische Verhalten von Tonsteinen. Bei den Versuchen, die ich mache, handelt es sich um Belastungsversuche. Dabei werden die Gesteine solange belastet, bis sie brechen. Bevor der sogenannte Abschervorgang beginnt, müssen die Gesteine in der Prüfmaschine erst auf eine gewisse mechanische Belastungsspannung hochgefahren werden.
Dabei ist mir aufgefallen, dass bei einer Änderung der mechanischen Spannungsrate die steifsten Gesteine sofort auf die Änderung der mechanischen Spannung reagieren, was sich durch einen Knick in der Verformungs-Zeit-Kurve zeigt. Bei weicheren Gesteinen ist dies nicht der Fall. Sie reagieren zwar auch mit einer verminderten Verformungsrate, zeigen diesen Kncik aber nicht, sondern eher einen kontinuierlichen Übergang.

Nach meiner Intuition würde ich sagen, dass steife Systeme schneller aus Spannungsänderungen reagieren als weiche Systeme. Bei allen Gesprächen (3-4 Stück), die ich mit anderen Leuten (Geologen und Bauingenieure) darüber geführt habe, stieß diese Sicht auf Zustimmung. Nur habe ich dazu nichts in der Literatur gefunden.

Daher meine Frage: Kann ich das so interpretieren und wo kann ich das nachlesen?