Grundlagen der Mechanik: Spannungsarten und Diagramme

Widerstand ist die Eigenschaft von Trägermaterialien, der Wirkung von Kräften entgegenzuwirken. Materialsteifigkeit ist die Fähigkeit, Verformung zu widerstehen.

Arten von Belastungen

Statische Belastung

Eine Kraft wird allmählich von Null auf Volllast angewendet.

Dynamische Belastung

Eine Kraft wird mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf den Körper angewendet. Sie wird unterteilt in:

• Plötzlicher Stoß
• Freier Stoß
• Erzwungener Stoß

Plötzliche Last

Die Kraft erreicht sofort ihren Maximalwert.

Die interne Kraft entsteht aus einem Widerstandselement und wird durch einen Querschnitt übertragen.

Spannungsarten

Zugfestigkeit

Spannung senkrecht zum Querschnitt des Körpers, die dazu neigt, die Fasern zu verlängern.

Druckfestigkeit

Spannung, die dazu neigt, die Fasern zu verkürzen.

Biegespannung

Tritt auf, wenn Kräfte einen Körper biegen, wodurch sich Fasern dehnen und andere schneiden.

Querkraft

Wirkt im Querschnitt und neigt dazu, Teile des Körpers zu schneiden.

Torsionsspannung

Tritt auf, wenn Kräfte dazu neigen, die Stücke um ihre Achse zu verdrehen.

Kombinierte Beanspruchung

Kombination mehrerer Beanspruchungen, die durch die Einwirkung auf Festkörper entstehen.

Knickbeanspruchung

Eine kombinierte Beanspruchung aus Biegung und Druck.

Spannung und Hookesches Gesetz

Spannung ist die Kraft pro Flächeneinheit.

Das Hookesche Gesetz beschreibt die Beziehung zwischen Kräften, die auf einen Festkörper wirken, und der daraus resultierenden Dehnung. Es besagt, dass die Dehnung proportional zur angelegten Spannung ist (doppelte Last führt zu doppelter Verformung). Die maximale Spannung, die die Grenze der Anwendbarkeit des Hookeschen Gesetzes bestimmt, ist die Proportionalitätsgrenze.

Regeln für das Zeichnen von Diagrammen

• Berechnen Sie die Lagerreaktionen.
• Schneiden Sie den Träger und analysieren Sie die Abschnitte auf Dauerbelastung.
• Ermitteln Sie die Kräfte in diesen Abschnitten.
• In einem Abschnitt mit einer konzentrierten Last gibt es einen Sprung im Schubdiagramm.
• In einem Abschnitt mit einer konzentrierten Last gibt es eine Änderung der Steigung im Biegemomentendiagramm.
• Wenn die Schubspannung Null ist, ist das Biegemoment maximal.
• Zeichnen Sie zuerst die Schnittkräfte, bevor Sie das Biegemomentendiagramm erstellen.

Biegungsarten

Reine Biegung

In jedem Teil dieses Stücks besteht nur ein Biegemoment.

Einfache Biegung

Ein Abschnitt des Stücks weist sowohl ein Biegemoment als auch eine Querkraft auf.

Verbundene Biegung

In jedem Abschnitt dieses Stücks treten Biegemoment, Querkraft und Normalspannung auf.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm (Zugversuch)

Bei einem Stahlzylinder wird eine allmählich zunehmende Zugkraft angewendet, beginnend bei Null. Dies erzeugt Belastungen und Spannungen.

• Proportionalitätsgrenze: Der Bereich, in dem die Verlängerung proportional zur angelegten Last ist.
• Elastizitätsgrenze: Punkt E, bis zu dem die Probe nach Entlastung in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Innerhalb der Zone OE ist das Verhalten elastisch. Überschreitet die Last Punkt E, tritt eine bleibende Verformung auf.
• Streckgrenze: Der Schnittpunkt EF ist leicht gekrümmt. Die plastische Zone kann ab Punkt F beobachtet werden.