Die Sitzung am 09.03.2020 mit Prof. Dr.-Ing. Stephan Pfefferkorn knüpfte indirekt an die letzte Sitzung im Februar an. Während sich die Schüler mit Prof. Dr.-Ing. Thomas Matschei den Baustoff Beton angesehen haben, lenkte Prof. Pfefferkorn die Aufmerksamkeit der Schüler auf das Festigkeitsverhalten verschiedener Stoffe.
Die Festigkeit ist die maximal aufnehmbare mechanische Beanspruchung bzw. der maximale Lastwert. Wird dieser Überschritten, entstehen Materilatrennungen, z.B. Risse oder Brüche. Anhand von Vergleichen und Beispielen aus der Praxis demonstriert Prof. Pfefferkorn den Schülern den Unterschied zwischen Zug-, Druck-, Biege-, Tordier-/Verdreh- und Scherfestigkeit.
Jeder Stoff weist ein für ihn typisches Festigkeitsverhalten auf, also das Verformungs- bzw. Bruchverhalten vom 0-Punkt bis zum Versagen des Prüfkörpers. Es wird unterschieden in
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- elastisch – weich (eine proportionale Verformung)
- elastisch – steif (Es kommt zu einem spröden Bruch wie beim Brechen von Glas.)
- plastisch – steif (Dem Zähbruch geht eine irreversible Verformung voraus.)
- Gemischtes Verhalten I (Die elastisch-plastische Verformung weist ein ausgeprägtes Nachbruchverhalten auf, d.h. wenn die ersten Risse auftreten, wird für weitere Verformungen deutlich weniger Kraft benötigt.)
- Gemischtes Verhalten II (Der Stoff verhält sich elastisch bis zur Verformungsgrenze, dann findet eine plastische Verformung statt. Dazwischen gibt es eine Übergangs-/Fließzone. Dieses Festigkeitsverhalten ist ganz typisch für Stahl.)
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Den Unterschied zwischen plastischer und elastischer Verformung ermittelten die Schüler im Experiment jeder selbst. Dazu bekam jeder Schüler drei Stoffproben:
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- Knabberstangen
- Gummischlangen
- Marschmellows
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Im Labor wurden die Testwürfel der letzten Sitzung auf ihre Festigkeit hin geprüft.
| Bezeichnung des Baustoffes | Mischung1 | Mischung2 | Mischung3 | Mischung4 | Gips (trocken) | Gips (nass) | Holz | Glas |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Länge l [mm] | 99,8 | 99,7 | 99,8 | 100 | 99,8 | 100,1 | 100 | 80,2 |
| Breite b [mm] | 99,1 | 101 | 99,6 | 101 | 101,3 | 100,9 | 100,1 | 80,3 |
| Höhe h [mm] | 99,8 | 100,2 | 100,2 | 99,8 | 100,3 | 100 | 99,4 | 80,3 |
| Druckfläche A=l·b [mm²] | 9'890,18 | 10'069,7 | 9'940,08 | 10'100,0 | 10'109,74 | 10'100,0 | 10'010,0 | 6'440,06 |
| Volumen V=l·b·h=A·h [mm³] | 987'039,96 | 1'008'983,9 | 995'996,01 | 1'007'980,0 | 1'014'006,9 | 1'010'000,0 | 1'014'006,9 | 517'136,81 |
| Masse m [g] | 2250 | 2250 | 2260 | 2210 | 1370 | 1590 | 380 | 1330 |
| Rohdichte ρR [kg/m³] | 2279,55 | 2232,14 | 2269,08 | 2192,46 | 1351,08 | 1574,26 | 374,75 | 2572,53 |
| Bruchkraft F [kN] | 518,3 | 426,9 | 534,6 | 458,3 | 219,5 | 95,9 | 407 | 1600,4 |
| Druckfestigkeit Rc=F/A [N/mm²] | 52,41 | 42,39 | 53,78 | 45,38 | 21,71 | 9,59 | 40,75 | 248,44 |
Der Glaswürfel brachte die Prüfmaschine an ihre Grenzen. Da der Versuch bereits im Vorhinein mehrfach durchgeführt wurde, gab ein Splitter zum Ende hin nach.
Als Gegenbewegung zu den Druckversuchen werden noch Zugversuche durchgeführt.
Während das Probestück A einfach splittert, wird Probestück B gedehnt und erreicht das fünffache seiner Länge, bevor das Material versagt.
Dieser Versuch wurde auch an einem Stahlrundprofil wiederholt.