Leichtbau-Konstruktion: Berechnungsgrundlagen und Gestaltung ; mit Tabellen sowie umfangreichen Übungsaufgaben zu allen Kapiteln des Lehrbuchs
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Wiesbaden
Springer Vieweg
2013
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VII
INHALTSVERZEICHNIS
1 ZIELSETZUNG DES LEICHTBAUS 1
2 PROBLEMSTRUKTUR DES LEICHTBAUS 3
2.1 EIGENGEWICHTSAUFGABE 3
2.2 KOSTENMODELL 5
2.3 KONSTRUKTIVE RAHMEN- UND EINSATZBEDINGUNGEN 7
2.4 WERTIGKEIT DES LEICHTBAUS 9
3 METHODEN UND HILFSMITTEL IM LEICHTBAU 10
3.1 KONSTRUKTIVE T ECHNIKEN 10
3.2 BERECHNUNGSMETHODEN 12
3.3 MESSTECHNIK 14
3.4 VERSUCHSTECHNIK 15
4 LEICHTBAUWEISEN 17
4.1 DIFFERENZIALBAUWEISE 17
4.2 INTEGRALBAUWEISE 18
4.3 INTEGRIERENDE BAUWEISE 19
4.4 VERBUNDBAUWEISE 19
4.5 VOLLWAND- UND SCHALENSYSTEME 21
5 KRITERIEN FUER DIE WERKSTOFFAUSWAHL 23
5.1 EIGENSCHAFTSGROESSEN 23
5.2 LINEAR ELASTISCHE KENNGROESSEN 23
5.3 NICHTLINEAR ELASTISCHE KENNGROESSEN 26
5.4 BELASTUNGSEIGENSCHAFTEN 28
5.5 BEZOGENE WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 30
5.5.1 SPEZIFISCHES VOLUMEN 30
5.5.2 SPEZIFISCHE STEIFIGKEIT 30
5.5.3 STABILITAETSWIDERSTAND 30
5.5.4 REISSLAENGE 30
5.5.5 WERKSTOFFWERTUNG 31
5.6 GUETEKENNZAHLEN 31
5.7 LEICHTBAUKENNZAHLEN 32
5.8 GESICHTSPUNKTE FUER DIE WERKSTOFFAUSWAHL 36
6 LEICHTBAUWERKSTOFFE 38
6.1 STAHL 38
6.1.1 EIGENSCHAFTSMODIFIKATIONEN 39
6.1.2 SORTEN 39
6.1.3 PHYSIKALISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 42
6.2 EISEN-GUSSWERKSTOFFE 42
6.3 ALUMINIUM 43
6.3.1 EIGENSCHAFTSMODIFIZIERUNGEN 44
6.3.2 AL-KNETLEGIERUNGEN 44
6.3.3 AL-GUSSLEGIERUNGEN 45
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VIII
INHALTSVERZEICHNIS
6.3.4 PHYSIKALISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 46
6.3.5 SINTERALUMINIUM 47
6.3.6 SCHAUMALUMINIUM 47
6.4 MAGNESIUM 48
6.4.1 MG-LEGIERUNGEN 49
6.4.2 PHYSIKALISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 51
6.5 TITAN 52
6.5.1 REINTITAN 52
6.5.2 TI-LEGIERUNGEN 53
6.5.3 PHYSIKALISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 54
6.6 KUNSTSTOFFE 54
6.7 SUPERLEICHTLEGIERUNGEN 55
6.8 FASERVERSTAERKTE WERKSTOFFE 57
6.8.1 FASER-KUNSTSTOFLF-VERBUNDE 57
6.8.1.1 GLASFASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE (GFK) 59
6.8.1.2 KOHLENSTOFFFASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE (CFK) 60
6.8.1.3 ARAMIDFASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFE (AFK) 60
6.8.1.4 VERBUNDFESTIGKEIT 61
6.8.2 FASERVERSTAERKTE METALLE 63
7 GESTALTUNGSPRINZIPIEN IM LEICHTBAU 65
7.1 STRUKTURMERKMALE 66
7.2 KONSTRUKTIVE PRINZIPIEN 66
8 ELASTIZITAETSTHEORETISCHE GRUNDLAGEN 74
8.1 BAUELEMENTE 74
8.2 GEOMETRISCHE BESCHREIBUNGSGROESSEN 76
8.2.1 FLAECHENTRAEGHEITSMOMENTE 76
8.2.2 STEINER'SCHER SATZ 77
8.2.3 FLAECHENTRAEGHEITSMOMENTE ZUSAMMENGESETZTER PROFILE 78
8.2.4 TRANSFORMIERTE FLAECHENTRAEGHEITSMOMENTE 79
8.2.5 HAUPTFLAECHENTRAEGHEITSMOMENTE 80
8.3 ELASTIZITAETSGLEICHUNGEN 81
8.3.1 VERSCHIEBUNGEN UND VERZERRUNGEN 81
8.3.2 VERZERRUNGEN UND SPANNUNGEN 83
8.3.3 GLEICHGEWICHT 84
8.3.4 EBENE ELASTIZITAETSGLEICHUNGEN 86
8.3.4.1 EBENER SPANNUNGSZUSTAND 86
8.3.4.2 EBENER VERZERRUNGSZUSTAND 87
8.4 FORMAENDERUNGSENERGIE 88
8.5 ELASTIZITAETSGESETZ DER STABARTIGEN ELEMENTE 89
8.6 ELASTIZITAETSGESETZE DER FLAECHENELEMENTE 91
8.6.1 SCHEIBENELEMENT 91
8.6.2 PLATTENELEMENT 96
8.6.3 SCHALENELEMENT 102
9 DUENNWANDIGE PROFILSTAEBE 106
9.1 KRAFTFLUESSE 106
9.2 KRAFTFLUESSE UND SCHNITTGROESSEN 109
9.3 QUERKRAFTBIEGUNG 112
INHALTSVERZEICHNIS IX
9.3.1 SCHUBFLUSSVERTEILUNG 112
9.3.2 SCHUBMITTELPUNKT 113
9.3.3 GESCHLOSSENE, SYMMETRISCHE ICONSTRUKTIONSPROFILE 116
9.3.4 GESCHLOSSENE, UNSYMMETRISCHE PROFILE 119
10 TORSION VON PROFILSTAEBEN 123
10.1 GRUNDBEZIEHUNGEN 123
10.2 VOLL- UND ROHRQUERSCHNITTE 124
10.3 GESCHLOSSENE, DUENNWANDIGE QUERSCHNITTE 127
10.4 OFFENE, DUENNWANDIGE QUERSCHNITTE 130
10.5 HOHLQUERSCHNITTE MIT STEGEN 133
10.6 VERWOELBUNG VON QUERSCHNITTEN 135
10.7 WOELBWIDERSTAND EINFACHER PROFILE 138
11 BIEGUNG OFFENER PROFILSTAEBE 144
11.1 ALLGEMEINES NORMALSPANNUNGSPROBLEM 144
11.2 GEOMETRISCHE BESCHREIBUNGSGROESSEN BELIEBIGER QUERSCHNITTE 148
12 SCHUBWANDTRAEGER-PROFILE 152
12.1 BEANSPRUCHUNGSMODELL 152
12.2 KRAEFTE UND MOMENTE ZUFOLGE DES SCHUBFLUSSES 154
12.3 SCHUBMITTELPUNKT VON SCHUBWANDTRAEGER-PROFILEN 156
12.4 ZUSAMMENGESETZTE SCHUBWANDTRAEGER-PROFILE 157
13 SCHUBFELD-KONSTRUKTIONEN 159
13.1 SCHUBFELD 159
13.2 IDEALES ZUGFELD 160
14 AUSGESTEIFTE KASTENPROFILE 167
14.1 VIERGURTMODELL 167
14.2 TORSIONSBEANSPRUCHUNG 169
14.3 AUSSCHNITTE 173
15 ENERGIE-UND ARBEITSPRINZIP 177
15.1 ENERGIEPRINZIP 177
15.2 ARBEITSPRINZIP 179
15.3 GRUNDBEZIEHUNGEN DER MECHANIK 183
16 STATISCH UNBESTIMMTE STRUKTUREN 184
16.1 AEUSSERE UNBESTIMMTHEIT 184
16.2 INNERE UNBESTIMMTHEIT 185
16.2.1 RAHMENSTRUKTUREN 185
16.2.2 EBENE FACHWERKE 186
16.2.3 RAUMFACHWERKE 187
16.3 ELASTIZITAETSGLEICHUNGEN FUER STATISCH UNBESTIMMTE STRUKTUREN 188
16.4 GESCHLOSSENER RAHMEN 189
17 SANDWICHELEMENTE 192
17.1 AUFBAUPRINZIP 192
17.2 WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 194
X
INHALTSVERZEICHNIS
17.3 HOMOGENER KERN 195
17.3.1 GRUNDLASTFALLE 195
17.3.2 KRITISCHE BEANSPRUCHUNG 200
17.4 METHODE DER PARTIALDURCHSENKUNG 202
17.5 STAB-KNICKEN 205
17.6 STRUKTURIERTE KERNE '. 206
17.6.1 SCHUBSTEIFIGKEIT DES HONEYCOMB-KERNS 206
17.6.2 TUBUSKERN 211
17.7 INSTABILITAETSFORMEN 212
18 STABILITAET VON STAEBEN UND BALKEN 215
18.1 GRUNDEFFEKTE 215
18.2 KNICKEN VON PROFILSTAEBEN I 216
18.2.1 EULER'SCHE BIEGEKNICKFALLE 217
18.2.2 KNICKUNG VON DOPPELT- UND PUNKTSYMMETRISCHEN PROFILSTAEBEN 220
18.2.3 KNICKUNG VON EINFACH SYMMETRISCHEN PROFILSTAEBEN 222
18.2.4 KNICKUNG UNSYMMETRISCHER PROFILE 223
18.3 ELASTISCH-PLASTISCHES KNICKEN 225
18.4 KIPPEN 229
19 BEULEN VON BLECHFELDERN UND ROHREN 232
19.1 BEULGLEICHUNG 232
19.2 LOESUNG DER BEULGLEICHUNG 234
19.3 EINFACHE BEULFALLE 236
19.4 ZUSAMMENSTELLUNG VON BEULFALLEN 242
19.5 ROHRBEULEN 245
19.6 VERSTEIFTE SCHEIBE 247
19.7 BEULUNG VON PROFILEN 251
19.8 BOERDELUNG 255
20 KONSTRUKTIVE VERSTEIFUNGEN 259
20.1 VERSTEIFENDE FORMGEBUNG 259
20.2 SICKEN 261
20.2.1 VERSTEIFUNGSWIRKUNG 261
20.2.2 KONSTRUKTIVE AUSFUHRUNG 266
20.3 RIPPEN 268
20.4 RANDVERSTEIFUNGEN 272
20.5 DURCHZUEGE 272
21 KRAFTEINLEITUNG 275
21.1 VERSTEIFTE SCHEIBE 275
21.2 EINLEITUNGSGURT KONSTANTER SPANNUNG 281
22 FUEGETECHNIKEN 284
22.1 EINSATZBREITE 284
22.2 NIETUNG 285
22.2.1 NIETFIIGUNGEN MIT UEBERSTEHENDEN KOEPFEN 286
22.2.2 NIETFUEGUNGEN MIT SENKKOPFNIETE 288
22.2.3 UEBERLAGERTE SCHER- UND ZUGBEANSPRUCHUNG AUF NIETFIIGUNGEN 289
22.3 SCHWEISSUNG 291
INHALTSVERZEICHNIS XI
22.3.1 PUNKTSCHWEISSEN 292
22.3.2 REIBRUEHRSCHWEISSEN 296
22.4 KLEBEN 296
22.4.1 KLEBSTOFFE 296
22.4.2 GRUNDWERKSTOFFE 298
22.4.3 BELASTUNGSMODELLE 299
22.4.4 SPANNUNGSVERTEILUNG IN SCHUBBEANSPRUCHTEN KLEBEVERBINDUNGEN 300
22.4.5 GEGENUEBERSTELLUNG VERSCHIEDENER LOESUNGSANSAETZE 306
22.4.6 ABSCHAETZUNG DES NORMALSPANNUNGSEINFLUSSES 307
22.4.7 GESTALTUNGSREGELN FUER FUEGEN DURCH KLEBEN 310
22.4.8 SCHWINGFESTIGKEIT VON KLEBEFIIGUNGEN 313
22.5 SONDERFUEGEVERFAHREN 315
23 STRUKTUROPTIMIERUNG 318
23.1 MATHEMATISCHER OPTIMIERUNGSANSATZ 318
23.2 EXTREMA UEBER STRUKTURKENNWERT 321
23.3 EINFACHE MINIMALAUSLEGUNGEN 323
23.3.1 GEWICHTSMINIMALER BIEGEBALKEN 323
23.3.2 GEWICHTSMINIMALER KNICKSTAB 326
23.4 BIONISCHE OPTIMIERUNG 329
23.5 KERBFORMOPTIMIERUNG 333
24 SCHWINGBEANSPRUCHTE STRUKTUREN 334
24.1 KONSTRUKTIONSPHILOSOPHIEN 334
24.2 PROBLEMATIK DES RECHNERISCHEN NACHWEISES 335
24.3 AUSWERTUNG DES BEANSPRUCHUNGSVERLAUFS 335
24.4 VERSAGENSVERHALTEN 341
24.5 ARBEITSMECHANISCHE SCHADENSAKKUMULATION 344
24.6 VERBESSERUNG DER AUSSAGEGENAUIGKEIT 350
24.7 RESTFESTIGKEITSPROBLEM 352
24.8 ALLGEMEINES RISSFORTSCHRITTSPROBLEM 359
24.9 BRUCHMECHANISCHE AKKUMULATION 364
24.10 NICHTLINEARE SCHAEDIGUNGSHYPOTHESE 367
25 STRUKTURZUVERLAESSIGKEIT 371
25.1 ZUVERLAESSIGKEITSANALYSE 371
25.2 BOOLE'SCHE GRUNDANORDNUNGEN 371
25.3 STATISTISCHE KENNGROESSEN 374
25.4 ZUFALLSVERSAGEN 376
25.5 FRUEH-UND SPAETVERSAGEN 377
26 STRUKTURAKUSTIK 380
26.1 URSACHEN VON GERAEUSCHEN 3 80
26.2 AKUSTISCHES VERHALTEN 381
26.3 KOERPERSCHALLAUSBREITUNG 382
26.4 WELLENBEANSPRUCHUNG 386
26.5 IMPEDANZ 387
26.6 IMPEDANZ EINER IDEALISIERTEN STRUKTUR 388
26.7 QUANTIFIZIERUNG VON VERSTEIFUNGSMASSNAHMEN 389
26.8 EINFLUSS VON WERKSTOFF UND VERBINDUNGSTECHNIK 392
XII
INHALTSVERZEICHNIS
LEICHTBAU-UEBUNGEN 394
LITERATURVERZEICHNIS 521
SACHWORTVERZEICHNIS 528 |
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