Spezifische Festigkeit

Die spezifische Festigkeit ${\displaystyle R_{spez}}$ eines Werkstoffs ist das Verhältnis der Festigkeit ${\displaystyle R_{m}}$ zur Dichte ${\displaystyle \rho }$ und wird als Quotient wie folgt berechnet^[1]: ${\textstyle R_{spez}={\frac {R_{m}}{\rho }}}$.

Die Werte von ${\displaystyle R_{spez}}$ werden verwendet, um Werkstoffe im Hinblick auf eine minimale Bauteilmasse auszuwählen (Hinweis: In der Umgangssprache wird statt „Masse“ häufig der Begriff „Gewicht“ verwendet). Je höher der Wert von R_spez ist, umso leichter kann ein Bauteil sein, das einer bestimmten Festigkeitsanforderung genügen muss. Diese Aussage gilt – genau genommen – nur für Bauteile mit spezieller länglicher Geometrie wie Stäbe, Rohre, Drähte und Seile, wenn die Kraft F in Richtung der Längsachse wirkt (siehe Abb. 1). Die spezifische Festigkeit bezieht sich im Allgemeinen auf die Zugfestigkeit. Die o. g. Aussagen können aber auch auf die Druckfestigkeit übertragen werden, man spricht dann von der spezifischen Druckfestigkeit.

Für Bauteile mit komplexer Geometrie, bei denen mehrachsige mechanische Spannungen zu berücksichtigen sind, ist die spezifische Festigkeit lediglich ein vorläufiger Anhaltspunkt für die Werkstoffauswahl. Auf eine analytische oder numerische Berechnung der Bauteilmasse für die in Frage kommende Werkstoffe kann nicht verzichtet werden (wobei nicht nur die Festigkeitsaspekte, sondern auch die Steifigkeitsanforderungen zu berücksichtigen sind).

Aus der spezifischen Festigkeit kann man die so genannte Reißlänge berechnen, indem man ${\displaystyle R_{spez}}$ durch die Schwerebeschleunigung (${\displaystyle g\approx 9{,}81\;\mathrm {m/s^{2}} }$) dividiert. Sie ist die Länge, bei der ein frei hängender Draht bzw. ein frei hängendes Seil durch die eigene Gewichtskraft theoretisch oben reißt. Die Reißlänge erlaubt dieselben Aussagen betr. Werkstoff und Bauteilmasse wie die spezifische Festigkeit.

1. ↑ Bernd Klein und Thomas Gänsicke; Leichtbaukonstruktion; Springer-Vieweg-Verlag, Wiesbaden, 2020, ISBN 978-3-658-26845-9