Reservefaktor

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Reservefaktoren (Abkürzung: RF) sind in allen Ingenieurbereichen bei der Auslegung gegenüber definierten Lasten verbreitet. Der Begriff Reservefaktor ist üblich im deutschsprachigen Raum, wohingegen im angloamerikanischen Raum neben Factor of Safety häufiger Margin of Safety (Abk.: MS oder MoS) verwendet wird (${\displaystyle MS=SF-1}$).

Die Definition des Reservefaktors lautet^[1][2]:

${\displaystyle RF={\frac {\text{ertragbare Spannung}}{\text{herrschende Spannung}}}}$ .

Womit gilt:

• ${\displaystyle RF>1}$: Bauteil ist sicher gegenüber definierter Belastungsgrenze,
• ${\displaystyle RF\leq 1}$: Bauteil kann gewählte Belastung nicht ertragen.

Damit entspricht der Reservefaktor dem Sicherheitsfaktor (SF).

Der Kehrwert des Reservefaktors ist die Anstrengung (A):

${\displaystyle A={\frac {\text{herrschende Spannung}}{\text{ertragbare Spannung}}}}$ .

Die herrschende Spannung wird bei weitgehend isotropen Metallen häufig aus dem Spannungszustand mit einem Festigkeitskriterium wie z. B. dem Vergleichsspannungskriterium von Richard von Mises gewonnen. Die ertragbare Spannung ist dann diejenige, die aus einachsigen Zugversuchen gewonnen wurde. Diese Vereinfachungen sind jedoch nicht mehr zutreffend, wenn man – z. B. nach Umformen oder wegen einer vorherrschenden Textur – von einem anisotropen Werkstoff sprechen muss. Üblicherweise wird bei Metallen unter Betriebslasten auf Nichterreichen von bleibender Verformung ausgelegt und dementsprechend ist die Fließgrenze die ertragbare Spannung.

Auf diese Werkstoffe lässt sich der Begriff Reservefaktor nur bedingt übertragen, da fortschrittliche Versagenskriterien für Faser-Kunststoff-Verbunde immer eine Spannungskombination bewerten. Wird beispielsweise bei dem Puck'schen Zwischenfaserbruchkriterium ein Wert über 1 erreicht (eine Art ${\displaystyle RF>1}$), so lässt sich zwar diejenige Spannungskombination (Spannungsvektor) vergrößern, bis ein Wert von 1 erreicht wird. Es muss jedoch dann darauf geachtet werden, dass Kriterien gegenüber Faserbruch, Delamination usw. nicht verletzt werden.

Im angloamerikanischen Raum ist zu beachten, dass dort häufig der Begriff Margin of Safety (MS) verwendet wird ^[1]:

${\displaystyle MS=RF-1}$ .

Hier muss auch zwischen isotropen Keramiken und strukturell anisotropen Faserkeramiken unterschieden werden. Jedoch gibt es auch Größeneffekte bei den monolithischen Keramiken (unverstärkte), weshalb auch mit Bruchwahrscheinlichkeiten gearbeitet wird, z. B. nach Weibull.

• Sicherheitsfaktor

1. ↑ ^{a b} Helmut Schürmann: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-72189-5, S. 408, doi:10.1007/978-3-540-72190-1 (springer.com [PDF; abgerufen am 17. Dezember 2018]). 
2. ↑ Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten: Modelle für die Praxis. Carl Hanser Verlag, München Wien 1996, ISBN 3-446-18194-6 (212 S., d-nb.info). Fehler in Vorlage:Literatur – *** Parameterkonflikt: Unbekannte Parameter: Pages, Author