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Biegefestigkeit

beim Bruch oder Fließen in der Randfaser einer durch eine Biegemoment belasteten Probe herrschende Zug- oder Druckspannung
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Balken unter Biegebelastung
Zugspannung unten, Druckspannung oben
(maximal in jeweiliger Randfaser unter der belastenden Kraft bei A bzw. B)

Die Biegefestigkeit ist diejenige Zug- oder Druckspannung in der Randfaser eines Bauteils (Balken, Platte u. ä.), die bei Belastung durch ein Biegemoment auftritt und zu Bruch oder plastischer Verformung des Bauteils führt.[1] Sie ist eine von mehreren quantitativ angebbaren Festigkeitswerten.

PrüfungBearbeiten

Die Biegefestigkeit wird definiert als jene fiktive Spannung, die das Bauteil unter Biegebeanspruchung beim Versagen hätte, wenn sich das Material linear-elastisch verhalten würde:

 [1][2]

mit

Bei reiner Biegebeanspruchung treten sowohl Zugspannungen ( ) als auch Druckspannungen ( ) auf:

  [3]

mit

  • Koordinate x in waagerechter Richtung (Koordinate in Klammern: Positionsangabe im Bauteil; Koordinate als Index: Angabe der Koordinatenachse, um die ein Moment wirkt, s. u.)
  • Koordinate y nach vorne
  • Koordinate z in senkrechter Richtung
  • Flächenträgheitsmomenten  

Bei sehr spröden Werkstoffen entspricht die Biegezugfestigkeit der Zugfestigkeit, da der Bruch gerade dann eintritt, wenn die Spannung auf der Zugseite die Zugfestigkeit erreicht.[1]

Für metallische Werkstoffe gilt dies nicht zwangsläufig, bspw. ist bei Grauguss die Biegefestigkeit 2 bis 2,5-mal höher als die Zugfestigkeit.[1]

Faserverstärkte Kunststoffe gemäß DIN EN ISO 14125:2011-05Bearbeiten

„Biegefestigkeit: Die maximale Biegespannung, die während eines Biegeversuchs vom Probekörper ertragen wird bei akzeptierbaren Versagensarten.“

DIN EN ISO 14125:2011-05[4]

Verfahren A (Dreipunkt-Verfahren)Bearbeiten

  mit

  •   die Biegespannung
  •   dem Biegemoment
  •   dem Widerstandsmoment
  • F die Kraft;
  • L die Stützweite
  • h die Dicke des Probekörpers
  • b die Breite des Probekörpers

Verfahren B (Vierpunkt-Verfahren)Bearbeiten

  mit

  •   die Biegespannung
  •   dem Biegemoment
  •   dem Widerstandsmoment
  • F die Kraft;
  • L die Stützweite
  • h die Dicke des Probekörpers
  • b die Breite des Probekörpers

BeispielwerteBearbeiten

  • OSB-Platte können Werte von bis 22 N/mm² in der Hauptachse erreichen, in der Querachse liegen sie bei 9 bis 11 N/mm².[5]
  • Spanplatten können 22 N/mm² erreichen, meist liegen die Werte jedoch darunter[5]
  • Tischlerplatten weisen in Längsrichtung Werte von 20 – 55 N/mm² auf, in Querrichtung aber nur 11 – 30 N/mm².[5]
  • Holzbretter haben eine Biegefestigkeit von bis zu 35 N/mm² in Längsrichtung aber oft nur 1 N/mm² quer zum Faserverlauf.
  • Mehrschichtige verleimte Massivholzplatten (Leimholzplatte, Dreischichtplatte ..) erreichen Werte von 15 bis 35 N/mm² längs zur Platte, wobei die Platten mit den höheren Werten in Längsrichtung quer zur Plattenebene oft nur eine Biegefestigkeit von 5 N/mm² erreichen.[5]
  • HPL-Schichtstoffplatten (Phenol-Melaminharz imprägnierte Papierbahnen) erreichen 80 N/mm².[5]
  • Zementgebundene Leichtbeton-Bauplatte mit Leichtfüllstoff-Mittellage und beidseitiger Deckschichtarmierung aus Glasfaser-Gittergewebe mit 12,5 mm Stärke und einer Biegefestigkeit von 6 N/mm² sowie einem E-Modul von 4200 N/mm².[6]

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b c d Lothar Issler, Hans Ruoß, Peter Häfele: Festigkeitslehre – Grundlagen. Springer-Verlag, 1995, ISBN 3-662-11739-8, Kapitel 6.3 Biegeversuch, S. 152–156, doi:10.1007/978-3-662-11739-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Hier wird von einer einachsigen Biegung im Hauptachenskoordinatensystem bei doppeltsymmetrischem Querschnitt ausgegangen.
  3. Herbert Mang, G Hofstetter: Festigkeitslehre. 3., aktual. Auflage. Springer Verlag, Wien/New York 2008, ISBN 978-3-211-72453-8, 6.4 „Normalspannungen“, S. 156, doi:10.1007/978-3-642-40752-9.
  4. DIN EN ISO 14125 - 2011-05 - Beuth.de. (beuth.de [abgerufen am 16. Januar 2019]).
  5. a b c d e Armin Pilipp: Technik rund um Platten & Holz, November 2008, S. 45ff, Holzhandel Guth; abgerufen im August 2019
  6. Planung und Verarbeitung - fermacell Powerpanel H²O - die Nassraumplatte, Mai 2019, S. 4; In: Fermacell.de

Siehe auchBearbeiten

  • DIN EN ISO 14125:2011-05; Faserverstärkte Kunststoffe – Bestimmung der Biegeeigenschaften