Mechanische Dehnung (Strain) in Festkörpern

Dehnung (engl. strain) beschreibt in der Mechanik die relative Formänderung eines Körpers infolge äußerer oder innerer Belastungen. Mathematisch wird sie als dimensionslose Größe aus der Verschiebungsableitung definiert. In der eindimensionalen Linear-elastizität ist die Normaldehnung ε = ΔL / L₀; im dreidimensionalen Fall wird Dehnung durch den (nicht unbedingt kleinen) Dehnungstensor beschrieben, z.B. als infinitesimale Dehnung oder Green-Lagrange-Dehnung.

Es wird zwischen Normaldehnung (Längenänderung entlang einer Richtung) und Schubdehnung (Winkeländerung zwischen Richtungen) unterschieden. Für kleine Dehnungen ist die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung in vielen Werkstoffen linear (Hooke’sches Gesetz), während bei großen Dehnungen, hohen Dehnraten oder bei komplexen Mikrostrukturen nichtlineare, plastische und viskoelastische Effekte dominieren.

In den Werkstoffwissenschaften ist die lokale Dehnungsverteilung entscheidend für Schädigungsinitiation, Rissausbreitung und Phasenumwandlungen. Eigen- bzw. Gitterdehnungen resultieren aus Versetzungen, Ausscheidungen, Phasentransformationen oder thermischen Gradienten und können ohne äußere Last auftreten. Epitaktische Verzerrung entsteht durch Gitterfehlanpassung in dünnen Schichten und beeinflusst elektronische und mechanische Eigenschaften.

Experimentell wird Dehnung mittels Dehnungsmessstreifen, digitaler Bildkorrelationsmethoden (Verformungs- bzw. Verzerrungskartierung) oder röntgen- bzw. neutronenbasierter Gitterdehnungsmessung erfasst. Hochdynamische Prozesse erfordern spezielle Methoden für hohe Dehnungsraten. Eine präzise Beschreibung des Dehnungsfeldes ist Grundlage moderner Werkstoffmodellierung, vom Kontinuumsmechanik-Ansatz bis zur mikrostrukturbasierten Simulation.

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