Festigkeitslehre für Wirtschaftsingenieure: Verständlich durch viele durchgerechnete Beispiele PDF
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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 DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbibliografie;detaillier- tebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. SpringerVieweg ©SpringerFachmedienWiesbadenGmbH2011,2014,2017 DasWerkeinschließlichallerseinerTeileisturheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dienichtausdrücklich vomUrheberrechtsgesetzzugelassenist,bedarfdervorherigenZustimmungdesVerlags.Dasgiltinsbesondere fürVervielfältigungen,Bearbeitungen,Übersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungundVerar- beitunginelektronischenSystemen. DieWiedergabevonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenusw.indiesemWerkberechtigt auchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,dasssolcheNamenimSinnederWarenzeichen- undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwärenunddahervonjedermannbenutztwerdendürften. DerVerlag,dieAutorenunddieHerausgebergehendavonaus,dassdieAngabenundInformationenindiesem WerkzumZeitpunktderVeröffentlichungvollständigundkorrektsind.WederderVerlagnochdieAutorenoder dieHerausgeberübernehmen,ausdrücklichoderimplizit,GewährfürdenInhaltdesWerkes,etwaigeFehler oderÄußerungen.DerVerlagbleibtimHinblickaufgeografischeZuordnungenundGebietsbezeichnungenin veröffentlichtenKartenundInstitutionsadressenneutral. Lektorat:ThomasZipsner GedrucktaufsäurefreiemundchlorfreigebleichtemPapier SpringerViewegistTeilvonSpringerNature DieeingetrageneGesellschaftistSpringerFachmedienWiesbadenGmbH DieAnschriftderGesellschaftist:Abraham-Lincoln-Strasse46,65189Wiesbaden,Germany 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
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