Diespezifische Festigkeit${\displaystyle R_{spez}}$ einesWerkstoffs ist das Verhältnis derFestigkeit${\displaystyle R_m}$ zurDichte${\displaystyle \rho }$ und wird als Quotient wie folgt berechnet^[1]:$R_{spez}=\frac{R_m}{\rho }$.

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 KraftF in Richtung derLängsachse wirkt (siehe Abb. 1). Die spezifische Festigkeit bezieht sich im Allgemeinen auf dieZugfestigkeit. Die o. g. Aussagen können aber auch auf dieDruckfestigkeit übertragen werden, man spricht dann von der spezifischen Druckfestigkeit.

Für Bauteile mit komplexer Geometrie, bei denen mehrachsige mechanischeSpannungen 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 genannteReißlänge berechnen, indem man${\displaystyle R_{spez}}$ durch dieSchwerebeschleunigung (${\displaystyle g\approx 9,81\mathrm{m}/{\mathrm{s}}^2}$) dividiert. Sie ist die Länge, bei der ein frei hängender Draht bzw. ein frei hängendes Seil durch die eigeneGewichtskraft theoretisch oben reißt. Die Reißlänge erlaubt dieselben Aussagen betr. Werkstoff und Bauteilmasse wie die spezifische Festigkeit.

Der in Abbildung 1 gezeigte rechtwinklige Stab hat dasVolumenV, das sich durch Multiplikation von Länge, Höhe und Breite errechnet.

Wenn der für den Stab verwendete Werkstoff die Dichte${\displaystyle \rho }$ besitzt, ergibt sich seine Masse${\displaystyle m}$ wie folgt:${\displaystyle m=\rho \cdot l\cdot b\cdot h}$

Die axialeZugspannung${\displaystyle \sigma }$, die auf den Stab wirkt, ist definitionsgemäß der Quotient vonZugkraft undQuerschnittsfläche. Da ihr maximal erlaubter Wert R_m beträgt, resultiert folgender Zusammenhang:$\sigma =\frac{F}{(b\cdot h)}=R_m$

Durch Umformen dieser Gleichung erhält man:$b\cdot h=\frac{F}{R_m}$

Benutzt man diesen Zusammenhang zum Umformen der ersten Gleichung, ergibt sich als Resultat:

${\displaystyle m=F\frac{\rho \cdot l}{R_m}=F\frac{l}{R_{spez}}}$

Dementsprechend kann der Stab eine umso geringere Masse haben, also umso leichter sein, je höher der Wert der spezifischen Festigkeit ist.

In der Tabelle sind Zugfestigkeit, Dichte und spezifische Festigkeit für sechs Werkstoffe aufgelistet. Aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit werden hochfeste Stähle, Aluminiumlegierungen und Kunststoffe mit Glasfasern für Leichtbauteile von Automobilen, Lastkraftwagen und Schienenfahrzeugen verwendet. Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe bieten das maximale Verhältnis von Festigkeit zu Dichte, werden aber wegen ihren hohen Kosten nur vereinzelt im Fahrzeugbau, dagegen häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Bei den faserverstärkten Kunststoffen ist zu berücksichtigen, dass die in der Tabelle genannten hohen Festigkeiten nur in Richtung der Fasern, aber nicht senkrecht zu ihnen erreicht werden.

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