Reservefaktor

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

Die Definition von Reservefaktor lautet:

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

Der Wertebereich des Reservefaktors:

• RF = 0: Bauteil unbelastet
• RF < 1: Bauteil ist sicher gegenüber definierter Belastungsgrenze
• RF > 1: Bauteil kann gewählte Belastung nicht ertragen

Die umgekehrte Darstellung ist der Sicherheitsfaktor (SF):

$SF = \frac{\text{ertragbare Spannung}}{\text{herrschende Spannung}}$

Anwendung bei Metallen

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.

Anwendung bei Faser-Kunststoff-Verbunden

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 unter 1 erreicht (eine Art 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, ... nicht verletzt werden. __________

Vorsicht im angloamerikanischen Raum: Dort wird häufig der inverse Reservefaktor benutzt.

1/RF < 1 würden bedeuten, dass das Bauteil sicher ist.

Der RF ist dort Definitionsgemäß: "The effective load multiplied with the reserve factor gives the failure load" Das entspricht dem Sicherheitsfaktor (SF) im deutschen Gebrauch.

RF = Bruchlast (failure load) / Reallast bzw. wirkende Kraft (effective Load) bzw.:

RF = Ultimate Strength / Ultimate Load

sowie:

MoS = RF -1

Anwendung bei Technischer Keramik

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.

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