Festigkeitslehre für Wirtschaftsingenieure: Verständlich durch viele durchgerechnete Beispiele

284 Pages·2017·3.96 MB·German

by  Klaus-Dieter Arndt

Klaus-Dieter Arndt
Holger Brüggemann
Joachim Ihme
Festigkeitslehre für
Wirtschaftsingenieure
Verständlich durch viele
durchgerechnete Beispiele
3. Auflage
Festigkeitslehre für Wirtschaftsingenieure
Klaus-Dieter Arndt (cid:2) Holger Brüggemann (cid:2)
Joachim Ihme
Festigkeitslehre für
Wirtschaftsingenieure
Verständlich durch viele durchgerechnete
Beispiele
3., überarbeitete und erweiterte Auflage
Klaus-DieterArndt JoachimIhme
OstfaliaHochschule fürangewandte OstfaliaHochschule fürangewandte
Wissenschaften Wissenschaften
Wolfenbüttel,Deutschland Wolfenbüttel,Deutschland
HolgerBrüggemann
OstfaliaHochschule fürangewandte
Wissenschaften
Wolfenbüttel,Deutschland
ISBN978-3-658-18065-2 ISBN978-3-658-18066-9(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-18066-9
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Lektorat:ThomasZipsner
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Vorwort
Noch ein Buch über Festigkeitslehre – so werden viele Leser denken, wenn sie dieses
BuchindieHandnehmen.Warumhabenwir diesesBuchgeschrieben?DieFestigkeits-
lehre gehört als Teil der Technischen Mechanik zu den Kernfächern eines Ingenieurstu-
diums, wird aber beiden Studierendeneher als „Hammer-“,„Hass-“ oder„Loser-Fach“
angesehen.DurchdieEinführungderBachelor-StudiengängewurdedieAnzahlderPrä-
senzstunden für die Studierenden gekürzt. Dem selbstständigen Erarbeiten von Wissen
und Fähigkeiten wurde mehr Raum gegeben. Dies erfordert entsprechend aufbereitete
Unterlagen zur Theorie eines Faches und eine ausreichende Menge von Beispielen und
Übungsaufgaben.UnserZielwaresdaher,denStoffeinerseitsfürdasBachelor-Studium
aufdasWesentlichezubeschränken,ihnandererseitsabersopraxis-undanwendungsnah
wie nur möglich aufzubereiten, gerade auch für die zunehmendeZahl der Studierenden
in Wirtschaftsingenieur-Studiengängen. Wir haben daher in zahlreichen Beispielen und
Aufgabenauch wirtschaftlicheAspekte mit berücksichtigt.Das Buch ist sicher auch für
StudierendeanTechnikerschulenundfürPraktikergeeignet.
Es entstand aus der Vorlesung „Festigkeitslehre“, die wir seit mehreren Jahren
an der Ostfalia – Hochschule für angewandte Wissenschaften (Hochschule Braun-
schweig/Wolfenbüttel) halten. Die Unterlagen zu dieser Lehrveranstaltung für den
Bachelor-Studiengang Maschinenbau gehen auf ein Skript unseres früheren Kollegen
Prof.Dipl.-Ing.EckardDollasezurück,dasvonunsereminzwischenleiderverstorbenen
KollegenProf.Dr.-Ing.Klaus-DieterGieseerweitertundüberarbeitetwurde.Beidensind
wirfürdieÜberlassungihrerUnterlagenzugroßemDankverpflichtet.
DiedritteAuflagewurdeüberarbeitet,Anregungenaufgenommen,Fehlerbeseitigtund
derStoffindeneinzelnenKapitelndurchzusätzlicheHinweiseundAbbildungenerweitert
sowiezeichnerischeDarstellungenvereinheitlicht.
DieAbbildungenwurdenfarblichüberarbeitet,mitfolgenderBedeutung:Kräfteblau,
innere Kräfte, Druck und Normalspannungen rot, Momente grün, Streckenlasten und
Schubspannungenrotbraun,Durchsenkungenviolett.
WirdankenHerrnDipl.-Ing.HeinrichTurk,deralswissenschaftlicherMitarbeiterseit
mehrerenJahrendiePflegeundErweiterungderzumSkriptgehörendenAufgabensamm-
lungübernommenhat.ZahlreicheProbenausderWerkstoffprüfunghatunsHerrManfred
GrochholskizurVerfügunggestellt.DankgebührtauchdemSpringerViewegVerlag,ins-
V
VI Vorwort
besondereHerrn Dipl.-Ing.ThomasZipsner undFrau ImkeZander,für diekonstruktive
undreibungsloseZusammenarbeit.UnserenFamiliendankenwirfürihresteteUnterstüt-
zungunddasVerständnis.
Für Anregungen aus dem Kreis der Leser zur weiteren Verbesserung dieses Buches
sindwirdankbar.
Wolfenbüttel,imMärz2017 Klaus-DieterArndt
HolgerBrüggemann
JoachimIhme
Verwendete Bezeichnungen und Indizes
VerwendeteBezeichnungen
A Fläche,Bruchdehnung,Querschnitt
B Breite
a Nahtdicke
a,b Konstanten
a,b,c,h,l,s Abmessungen
C Celsius
C Drehfederkonstante,Federkonstante,Integrationskonstante
D,d Durchmesser
d Differenzial
E Elastizitätsmodul
E(cid:2)A Dehnsteifigkeit
E(cid:2)I Biegesteifigkeit
e Abstand,Exzentrizität,Randfaserabstand
F Kraft
G Gestalt,Gleit-/Schubmodul
G(cid:2)I Torsions-,Verdrehsteifigkeit
p
g Erdbeschleunigung
GEH Gestaltänderungsenergiehypothese
GFK GlasfaserverstärkterKunststoff
GJL GusseisenmitLamellengrafit
GJS GusseisenmitKugelgrafit
H Höhe,Flächenmoment1.Grades(statischesFlächenmoment)
I Flächenmoment2.Grades(Flächenträgheitsmoment)
i Trägheitsradius
K Kelvin
K Kosten
k Krümmung
VII
VIII VerwendeteBezeichnungenundIndizes
k‘ bezogeneoderspezifischeKosten
L,l Länge
M Material,Moment,Mittelpunktkoordinaten,Schubmittelpunkt
Mg Magnesium
m Masse,Poisson’scheKonstante,Steigung
m‘ bezogeneoderspezifischeMasse
N Lastspiele
N Newton
NH Normalspannungshypothese
n Anzahl,Drehzahl
P Leistung,SteigungdesGewindes
PP Polypropylen
PVC Polyvinylchlorid
p Druck,Flächenpressung
q Streckenlast
R,r Radius
R Werkstofffestigkeit
Rb Randbedingung
S Schwerpunkt,Sicherheitsfaktor,Streckgrenze
s Abstand,Blechdicke,Wandstärke,Weg
SH Schubspannungshypothese
T Temperatur,Torsionsmoment
t Tonne
Üb Übergangsbedingung
V Volumen
v Geschwindigkeit
W Arbeit,Formänderungsarbeit,Widerstandsmoment
w Koordinate,Durchbiegung,spezifischeFormänderungsarbeit
x,y,z Koordinaten
˛ Korrekturfaktor,Winkel,Längenausdehnungskoeffizient
ˇ Winkel
(cid:2) Winkel,Winkeländerung,spezifischesGewicht
(cid:3),ı Differenz
" Dehnung,Querkürzung
# Temperatur,thermisch
' Anstrengungsverhältnis, Biegewinkel, Neigung, Verdrehwinkel, Winkelän-
derung
(cid:4),(cid:5) Koordinaten,Korrekturfaktor
(cid:6) Schlankheitsgrad
(cid:7) Querkontraktionszahl(POISSON’scheKonstante)
(cid:8) Dichte,Krümmungsradius
(cid:9) Normalspannung,Spannung
VerwendeteBezeichnungenundIndizes IX
(cid:10) Schubspannung,Tangentialspannung
! Winkelgeschwindigkeit
Indizes
A,B,C,D Eckpunkte,Schnittbezeichnung
Al Aluminium
a Abscheren,Ausschlagspannung,außen,axial
B Bruch
b Biegung
bd Biegedruckspannung
bz Biegezugspannung
CFK CarbonfaserverstärkterKunststoff
Cu Kupfer
D Dauer
d Druck
E Elastizitätsgrenze
erf erforderlich
elast elastisch
F Fließen,Fließ-/Stauchgrenze,Formänderung,
f Formänderung
G Gewicht
ges gesamt
Grenz Grenzspannung
H Horizontal
h Hauptachse
I Doppel-T
i Zählindex,Index,innere
K Knickung
L Winkel
l Lochleibung
M Material
m Mittelspannung,mechanisch,mittlere
max maximal
mech mechanisch
min minimal
N Normal
n Nenn,normal
o Oberspannung
P Proportionalitätsgrenze
p polar
X VerwendeteBezeichnungenundIndizes
plast plastisch
proj projiziert
q Querkraft
R Reißlänge
r radial
res resultierend
S Schwerpunkt,Stirnfläche,Streckgrenze
s Schub
Sch schwellend
St Stahl
T Traglänge
t tangential,Torsion,Zeit
# thermisch
tat tatsächlich
therm thermisch
u Umfang,Unterspannung
v Vergleichsspannung
vorh vorhanden
W Wand,wechselnd
x,y,z Koordinaten
z Zug
zd Zug-/Druckspannung
zul zulässig
IndizesvonR
e Streckgrenze
eH obereStreckgrenze
eL untereStreckgrenze
p 0,2%Dehngrenze
0,2
p 0,01%Stauchgrenze
0,01
m Zugfestigkeit