Grundlagen der Werkstoffmechanik: Spannungen und Balkenanalyse

Innere Kraft oder Anstrengung

Die innere Kraft oder Anstrengung stammt aus einem Widerstandselement und wird durch einen Querschnitt übertragen.

Zugspannung

Normale Spannung oder senkrecht zum Querschnitt des Körpers. Sie neigt dazu, die länglichen Fasern zu dehnen.

Druckspannung

Eine negative Spannung, da die Belastung dazu neigt, die Fasern zu verkürzen.

Biegespannung

Wirkt auf einen Körper und neigt dazu, die Fasern zu biegen, zu dehnen und andere Kräfte zu schneiden.

Schubspannung (Scherung)

Tritt im Querschnitt auf und neigt dazu, Teile des Körpers gegeneinander zu verschieben, indem sie die betroffenen Bereiche schneidet.

Torsionsspannung (Drehmoment)

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

Gesamtbeanspruchung (Effort Verbindung)

Kombination mehrerer Beanspruchungen, die auf den Festkörper wirken.

Knickbeanspruchung (Effort Knicken)

Eine kombinierte Beanspruchung aus Biegung und Druck.

Spannung

Ist die Kraft pro Flächeneinheit.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm

Wird an einem Stahlzylinder erstellt, indem eine Zugkraft schrittweise aufgebracht wird, beginnend bei Null, um die entstehenden Belastungen und Spannungen darzustellen:

• Proportionalitätsgrenze: Bereich, in dem die Dehnung proportional zur Kraft ist.
• Elastizitätsgrenze (Punkt E): Die Grenze der Elastizität. Der Bereich OE ist elastisch, da sich die Probe nach Unterbrechung der Belastung wieder normalisiert. Wird E überschritten, tritt eine bleibende Verformung auf.
• Fließgrenze (Limit von Einfluss): Der Abschnitt EF ist leicht gekrümmt. Die plastische Zone beginnt bei Punkt F.

Balken

Querschnitt: Jedes Teil oder strukturelle Stäbe, die lang im Verhältnis zu ihren Querabmessungen sind, wo sie Kräften ausgesetzt sind, die eine Biegung des Werkstücks in einer axialen Ebene verursachen.

Die Elemente eines Balkens umfassen:

• Die Auflagerreaktionen (Kräfte an den Stützpunkten).
• Die Beanspruchungen in jedem Abschnitt des Balkens, die durch die Dimensionen gegeben sind, um das Stück tragfähig zu machen (z. B. durch Diagramme).

Regeln für die Erstellung der Diagramme:

1. Berechnung der Balkenreaktionen.
2. Der Balken wird geschnitten und die Abschnitte der Dauerbelastung analysiert.
3. Ermittlung der Beanspruchungen dieser Abschnitte.
4. Im Abschnitt, in dem eine konzentrierte Last wirkt, gibt es einen Sprung im Schubkraftdiagramm.
5. Im Abschnitt, in dem eine konzentrierte Last wirkt, gibt es eine Änderung der Steigung im Biegemomentendiagramm.
6. Wenn die Schubspannung Null wird, erreicht das Biegemoment sein Maximum (MF Maximum).
7. Vor der Erstellung des Biegemomentendiagramms müssen die Schubspannungen eingezeichnet werden.