Impaktbelastung und Impaktverhalten von Werkstoffen

Unter Impakt (Impact) versteht man die kurzzeitige, meist hochdynamische mechanische Beanspruchung eines Werkstoffs oder Bauteils infolge eines Aufpralls. Charakteristisch sind hohe Belastungsraten, lokale Spannungsspitzen und komplexe Spannungs‑Dehnungs‑Zustände, die sich deutlich von quasistatischen Beanspruchungen unterscheiden.

Wesentliche Kenngrößen des Impakts sind Aufschlaggeschwindigkeit, Aufschlagimpuls, Kontaktzeit und die räumliche Verteilung der Kontaktkräfte. Diese Parameter bestimmen das Impaktverhalten, also Energieaufnahme, Rissinitiierung, Rissausbreitung und mögliche Delaminationen, insbesondere in Faserverbundwerkstoffen.

Man unterscheidet häufig Low‑Velocity-Impact (z.B. Werkstoffprüfung mittels Fallhammer) und High‑Velocity-Impact (z.B. ballistische Belastungen oder Partikel‑ und Tropfenaufprall bei Strömungen). Während bei niedrigen Geschwindigkeiten plastische Verformung und stabile Rissausbreitung dominieren, treten bei hohen Geschwindigkeiten adiabatische Erwärmung, Scherbänder und bruchmechanisch sprödes Verhalten stärker in den Vordergrund.

Standardisierte Prüfverfahren wie Charpy‑Schlagbiegeversuch oder instrumentierte Fallhammertests dienen zur Quantifizierung der Schlagzähigkeit und der gespeicherten bzw. dissipierten Energie. Ergänzend werden hochfrequente mechanische Impaktbehandlungen gezielt eingesetzt, um z.B. Oberflächeneigenspannungen einzustellen und die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen.

Die Impaktmechanik verbindet Kontinuumsmechanik, Kontaktmechanik und Bruchmechanik. Numerische Simulationen (FEM, explizite Zeitintegratoren) und Hochgeschwindigkeitsdiagnostik sind heute zentrale Werkzeuge, um Impaktprozesse, Aufprallschäden und das Versagen geprüfter Proben mit Stoßbelastung präzise zu beschreiben und zu prognostizieren.

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