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Technische Mechanik 2: Elastostatik - Beanspruchungsarten

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Technische Mechanik 2: Elastostatik

Beanspruchungsarten

Bereits in der Statik wurden drei Beanspruchungsarten an Bauteilen näher untersucht. Diese beinhalteten Druck-, Zug- und Biegebeanspruchungen. Im Rahmen der Elastostatik kommen drei weitere Beanspruchungsarten hinzu. Es handelt sich um Torsion-, Schub- und Scherbeanspruchungen. Diese Beanspruchungsarten können einzeln oder gemeinsam an einem Bauteil auftreten. Zur Auffrischung und zur Ergänzung werden alle sechs Beanspruchungsarten im Folgenden aufgeführt:

1. Beanspruchung durch Druck:

Eine Belastung findet nur in Richtung der Stabachse statt. Die Wirkungslinie ist richtungsgleich mit der Stabachse. Überschreitet die Belastung jedoch einen Grenzwert, kommt es zur Knickung des Stabes und die stabile Gleichgewichtslage wandelt sich in eine instabile Lage. Ein Material, das besondere Druckeigenschaften besitzt, ist Beton.

Druckbeanspruchung
Druckbeanspruchung
Knickung und Bruch infolge der Druckbeanspruchung
Knickung und Bruch infolge der Druckbeanspruchung

2. Beanspruchung durch Zug:

Auch hier findet eine Belastung ausschließlich in Richtung der Stabachse statt. Die Wirkungslinie ist auch richtungsgleich mit der Stabachse. Seile und Ketten sind Bauteile die ausschließlich auf Zug beansprucht werden können. 

Zugbeanspruchung
Zugbeanspruchung

3. Beanspruchung durch Biegung:

Durch eine Belastung quer (vertikal) zur Bauteilachse treten Biegemomente auf. Durch die einwirkenden Kräfte entstehen bei dieser Beanspruchung Zug- und Druckspannungen am und im Bauteil. 

1. Fall

Die Kraft greift rechts unter dem "freien" Ende des Balken an. Zudem gehe man davon aus, dass die linke Seite des Balkens fest eingespannt sei. Dadurch entsteht ein Biegemoment.

Einseitige Biegung
Einseitige Biegung

2. Fall

Gleich verhält sich dies in der nächsten Abbildung, in der ein Balken beidseitig gelagert ist:

Biegung
Biegung

Die Kraft, die mittig am Balken angreift, führt dazu, dass das linke Lager ein rechtsdrehendes Moment besitzt und das rechte Lager ein linksdrehendes Moment. Man kann sich dies am besten so vorstellen, dass wenn man das linke Lager betrachtet, der Balken sich nach rechts herum um das linke Lager dreht, wenn die Kraft in der Mitte nach unten drückt. Betrachtet man hingegen das rechte Lager, dann dreht sich der Balken links um das rechte Lager, wenn die Kraft in der Mitte nach unten drückt. Dies ist bereits aus der Statik bekannt.

4. Beanspruchung durch Torsion:

Eine Beanspruchung durch Torsion hat zur Folge, dass die Querschnitte von Bauteilen um die Längsachse gegeneinander gedreht werden. 

Beanspruchung durch Torsion
Beanspruchung durch Torsion

5. Beanspruchung durch Schub:

Tritt eine Schubbeanspruchung auf, so erfolgt diese aufgrund von entgegengesetzt wirkenden Kräften, die auf parallelen Wirkungslinien liegen. 

Schubbeanspruchung
Schubbeanspruchung

6. Beanspruchung durch Scherung:

Die Beanspruchung durch Scherung kennzeichnet sich durch Kräfte, deren Wirkungslinien parallel, jedoch fast deckungsgleich zueinander sind. Die Scherflächen sind rot makiert.

Scherbeanspruchung
Scherbeanspruchung