Thema
Beschreibung
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Fichier Détails
| Cartes-fiches | 25 |
|---|---|
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Psychologie |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 31.03.2015 / 29.04.2015 |
| Lien de web |
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| Intégrer |
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Auf welche Beanspruchungsarten können Teile beansprucht werden?
Zug
Druck
Abscherung
Biegung
Torsion (Verdrehung)
Was passiert, wenn ein z.B. Bolzen über die Streckgrenze Re belastet wird?
Der Bolzen hat sich nun plastisch verformt. Das heisst, er geht nicht mehr in seine Ursprungslänge zurück
Wie lautet die Formel zum errechnen von Zug- und Druckspannung σ?
Zugspannung: σz = F/S
Druckspannung: σd = F/S
Zug- oder Druckspannung (N/mm2) = Kraft (N) / Querschnittsfläche (mm2)
Wie stark darf ein Sicherungs bolzen mit einer Streckgrenze (Re) von 300N/mm2 belastet werden, bei einem Sicherheitswert (v) von 1.5?
Zulässige Zugspannung: σzul = Re/v
σzul = 300N/mm2/1.5 = 150N/mm2
Erkläre die drei Belastungsfälle und erläutere die Merkmale dieser Belastungsfälle.
Belastungsfall I: Statische Belastung, ruhend. Grösse und Richtung der Belastung sind gleichbleibend.
Belastungsfall II: Dynamische Belastung, schwellend. Die Belastung steigt auf einen Höchstwert and und fällt zurück auf null.
Belastungsfall III: Dynamische Belastung, wechselnd. Die Belastung wechselt zwischen einem positiven und einem gleich grossen negativen Höchstwert.
Welche Kennwerte werden bei Werkstoffen angegeben und was bedeuten diese?
Streckgrenze Re: Das Werkstück wird plastisch verformt und geht nicht mehr in die Ursprungslänge zurück. Nur bei Materialien mit ausgeprägter Streckgrenze (z.B. Baustähle)
Rm = Zugfestigkeit: Das Material beginnt sich einzuschnüren. Die maximale Zugkraft der Materials wurde erreicht.
Dehngrenze Rp0.2 = 0.2%: Bei Entlastung bleibt eine Verformung von 0.2%. Nur bei Materialien ohne ausgeprägte Streckgrenze (z.B. Aluminium- und Kupferwerkstoffe, gehärtete Stähle).
Bruchdehnung A: Beschreibt die Verlängerung des Werkstoffs nach dem Bruch.
Was sind mögliche Fehlerarten für eine Schadenursache?
(Nenne 4 Beispiele)
- Konstruktionsfehler: Durch eine fehlerhafte Konstruktion wurde das Material zu stark oder falsch beansprucht.
- Werkstofffehler: Ein falscher Werkstoff wurde eingesetzt oder der Werkstoff selbst ist fehlerhaft.
- Fertigungsfehler: Das Bauteil wurde nicht richtig gefertigt (z.B. zu dünn) und wird dadurch Überbeansprucht.
- Betriebsfehler: Das Bauteil wurde nicht richtig in Betrieb genommen (z.B. vergessen zu schmieren oder gegen Rostbefall zu sichern).
Welche drei Arten von Überbeanspruchung können zu einem Schaden des Materials führen?
- Mechanische Überbeanspruchung
- Thermische Überbeanspruchung
- Chemische und korrosive Überbeanspruchung
Wie können Schäden an Bauteilen vermieden werden?
- Konstruktion auf richtige Belastungsarten prüfen
- Werkstoffe nach Funktion überprüfen
- Maschine öfter Warten
- Herstellungsverfahren optimieren oder ändern
- Belastungstests vor dem Einsatz durchführen
Welche zwei Biegebelastungsfälle auf Bauteilen durch Einzelkraft gibt es?
Belastungsfall 1: Das Material ist einseitig eingespannt und die Kraft drückt weiter aussen auf das Bauteil.
Belastungsfall 2: Das Material wird mit zwei Stützen getragen. Die Kraft drück in die Mitte des Bauteils.
Wie ermittelt man die Steckgrenze bei Materialien, bei denen die Streckgrenze nicht eindeutig erkennbar ist?
Man verschiebt die Kurve parallel um 0.2%. Der Schnittpunkt nennt man Rp0.2
Wie gross ist die Scherspannung, wenn die Kraft 1800N und der ø des Bolzens 12mm misst?
τa = F / S
Scherspannung = Scherkraft / Querschnittsfläche
Scherkraft = 1800N
Querschnittsfläche = π x d2 / 4 = π x 144 / 4 = 113.1mm2
τa = 1800N / 113.1mm2 = 15.9N/mm2
Was muss bei der Beanspruchung auf Abscherung beachten, wenn der Bolzen so wie im Bild belastet wird?
Man hat zwei Querschnittsflächen, die man in die Rechnung einbeziehen muss.
Wie wird die zulässige Grenzspannung σzul berechnet?
Zulässige Grenzspannung = Grenzspannung / Sicherheitszahl
Was ist die Sicherheitszahl und wie wird sie berechnet?
Der Sicherheitsfaktor, auch Sicherheitszahl genannt, gibt an, um welchen Faktor die Versagensgrenze eines Bauwerks, Bauteils oder Materials höher ausgelegt wird, als es durch theoretische Ermittlung wie zum Beispiel Statische Berechnung sein müsste.
Sicherheitszahl = Grenzspannung / Zulässige Spannung
Bei einer Sicherheitszahl von 1 hätte das Material keine Sicherheitsreserven.
Wie wird bei einem Schaden vorgegangen?
1. Schadensuntersuchung:
Das Bauteil wird auf offensichtliche Schäden untersucht wie z.B. Risse, Verformungen. Werkstoffdaten und Umgebungsbedingungen erfassen.
2. Schadensursache:
Anhand der Schadensuntersuchung wird die Schadensursache ermittelt. Beseitigung der Schadensursache und Instandsetzung der Maschine.
3. Schadensvermeidung:
Schadensursache an Hersteller / Betreiber der Maschine mitteilen, zur Verbesserung der Funktionsscherheit. Änderungen an der Konstruktion vornehmen.
Wie wird die Torsionsspannung berechnet?
Die maximale Spannung in der Randzone des Bauteils wird als Torsionsspannung berechnet.
τt = Mt / Wp
Torsionsspannung = Torsionsmoment / polares Widerstansmoment
Eine Welle mit ø10mm und einer Länge von 25mm drückt mit einer Kraft von 2000N auf ein Lager. Wie gross ist die Flächenpressung p?
p = F / A
Flächenpressung = Kraft / Berührungsfläche, projizierte Fläche
A = d x b = 10mm x 25mm = 250mm2
p = F / A = 2000N / 250mm2 = 8N/mm2
Was sind die Grenzspannungen σgrenz für Stahl bei den Beanspruchungsarten:
- Zug
- Druck
- Biegung
- Torsion
- Abscherung
Zug: Re / Rp0.2
Druck: ≈ Re
Biegung: ≈ 1.2 x Re
Torsion: ≈ 0.65 x Re
Abscherung: ≈ 0.6 x Re
Wie hätte man diesen Schaden vermeiden können?
- Rostfreies Material verwenden
- Beschichten
- Kontakt mit Wasser vermeiden
Ein Auto (Gewicht 1500Kg) wird an einem Stahlbolzen aufgehängt. Die zulässige Spannung des Bolzens ist 140N/mm2. Wie gross muss der Durchmesser des Bolzens sein?
d = (4 x Serf) / π (<- Wurzel ziehen)
Serf = F / σdzul
F ≈ 15000N
σdzul = 140N/mm2
Serf = 15000N / 140N/mm2 = 107.14mm2
d = (4 x 107.14mm2) / π (<- Wurzel ziehen) = 11.68mm
Der Durchmesser müsste mindestens einen Druchmesser von 12mm haben.
Wo wird meistens eine sehr hohe Sicherheitszahl verwendet?
Grundsätzlich bei Bauteilen, die bei einer unzureichender Sicherheit Menschenleben gefährden können wie z.B:
- Aufzugseile
- Bauteile, die ständig belastet werden
- Druckbehälter
Was könnten die Ursachen für diesen Bauteilbruch sein?
Und wie werden Bauteilbrüche unterteilt?
- Material ist spröde geworden
- Material ist durchgerostet
- Das Bauteil wurde zu stark belastet
- Materialermüdung
- Materialstärke nicht ausreichend
Bauteilbrüche werden in Gewaltbrüche und Dauerbrüche unterteilt.
Ein Gewaltbruch entsteht, wenn die wirkende Kraft zu hoch ist.
Ein Dauerbruch entsteht, wenn eine zu hohe Wechselbelastung stattfindet.
Wie kann man verhindern, dass ein Bauteil bricht?
- Stärkere Dimensionen
- Bauteil besser entlasten (z.B. durch ein zweites Lager)
- Besser geeignete Materialien einsetzen
Wie gross ist die Torsionsspannung einer Welle ø20, die mit einem Torsionsmoment von 300Nm belastet wird?
Torsionsspannung τt = Torsionsmoment Mt / polares Widerstandsmoment Wp
Wp = (π x d3) / 16 = 1570.8mm3
τt = 300000Nmm / 1570.8mm3 = 191N/mm2
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