Schädigung in Werkstoffen

Begriff und Abgrenzung: Unter „Schädigung“ wird in der Werkstofftechnik jede irreversible mikroskopische Veränderung eines Werkstoffs verstanden, die seine Tragfähigkeit, Steifigkeit oder Funktionalität mindert. Der im Englischen übliche Singular „damage“ beschreibt den physikalischen Zustand; der Plural „damages“ ist juristisch/ökonomisch und in der Technik meist ungeeignet.

Schädigungsmechanismen: Typische Mechanismen umfassen Poren- und Hohlraumbildung, Mikrorissinitiierung und -wachstum, Faser-Matrix-Entkopplung in Verbunden sowie Korngrenzenschädigung. Man unterscheidet spröde und duktile Schädigung; letztere ist z.B. durch Hohlraumbildung und -koaleszenz unter plastischer Deformation gekennzeichnet.

Schadensevolution und -charakterisierung: Die Schadensentwicklung (Schadensevolution) beschreibt das Fortschreiten der Mikroschädigung bis hin zum makroskopischen Versagen. Sie wird z.B. durch akustische Emission, Röntgen-Computertomographie, Digital Image Correlation oder Bruchflächenanalyse charakterisiert. Kenngrößen sind u.a. Steifigkeitsdegradation, Porenvolumenanteil und Rissdichte.

Kontinuumsmodellierung: Die Continuum Damage Mechanics (CDM) beschreibt Schädigung über interne Zustandsgrößen (Skalar-, Vektor- oder Tensor-Schädigungsvariable), die die effektive Tragquerschnittsfläche und damit Spannungs-Dehnungs-Beziehungen modifizieren. Kopplungen mit Plastizität, Kriechen und Ermüdung sind zentral für die Lebensdauervorhersage.

Bedeutung: Ein präzises Verständnis des Schädigungsverhaltens ist grundlegend für Zuverlässigkeitsanalysen, Sicherheitsnachweise und die werkstoffgerechte Auslegung von Bauteilen unter komplexen mechanischen und thermischen Lastkollektiven.

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