[edit] [comment] [remove] |2006-07-03| e1 # Flächen

Ein Rechteckquerschnitt soll durch einen Kreisringquerschnitt ersetzt werden, dessen Durchmesser der Rechteckhöhe entspricht. flaechen.png

  1. Welches Mass muss der innere Radius r erhalten, wenn die Widerstandsmomente Wx bei beiden Querschnittsflächen gleich sein sollen?
  2. Welche/r Materialeinsparung/-mehraufwand resultiert (in %)?

Geg: R = 100 mm

Lösung:

a) Gleichsetzen der Widerstandsmomente

Wx,Ring = Wx,Rechteck

führt auf

π4R·(R4 − r4) = 16 · R · (2R)2

Vereinfachen

π4 R4π4 r4 = 23 R4

und Auflösen nach r ergibt

r = R (1 − 8)14 ≈ 0.62 R

b) Ermittlung der Flächen

ARechteck = 2R2
ARing = π·(R2 − r2) = π·R2·(1 − 0.622) ≈ 1.93 R2

führt zu einer Materialeinsparung

ARechteck − ARingARechteck = 0.035

von 3.5 %

 

[edit] [comment] [remove] |2006-07-03| e2 # Zugbolzen

Ein Zugbolzen wird an seinem Ende durch eine unter 45° angreifende Kraft F belastet. zugbolzen.png

Geg: Ød = 60 mm, l = 80 mm, F = 30kN

  1. Welche Zugspannung wirkt im Schaft?
  2. Welche max. Biegespannung wirkt im Schnitt A–A?
  3. Welcher Kopfdurchmesser ØD ist bei einer zul. Flächenpressung von 120 Nmm2 notwendig?
  4. Welche Kopfhöhe ist bei einer zul. Scherspannung von 60 Nmm2 erforderlich?

Lösung:

  1. σz = 12√2 F14 πd2 = ... = 7,5 Nmm2
  2. σb = MbW = 12√2 F·l132 πd3 = ... = 80 Nmm2
  3. pzul12√2 Fπ4(D2 − d2) => D ≥ √(2√2 Fπ Pzul + d2) = ... = 61,8 mm
  4. τzul12√2 Fπdh => h ≥ 12√2 Fπdτzul = ... = 1.9 mm
 

[edit] [comment] [remove] |2006-07-03| e3 # Balkenbiegung

Ein einseitig eingespannter Balken wird durch zwei Einzelkräfte gemäss Skizze belastet.

balken.png

Geg: EI = const, a, F

Ges: Absenkung des Balkenendes.

balken-2.gif

Lösung: wges = wI + wII + wIII

wI = 13 2F·(3a)3EI = 18 Fa3EI
wII = 12 2F·(3a)2EI·a = 9 Fa3EI
wIII = 13 F·(4a)3EI = 643 Fa3EI
wges = 1453 Fa3EI
 

[edit] [comment] [remove] |2006-07-03| e4 # Jojo

Jojo.png Das Jojo wird hier als zylindrische Seiltrommel aufgefasst, die in der gezeichneten Stellung aus der Ruhelage heraus losläuft. Nach einer gewissen Zeit durchläuft das Jojo eine um h tieferliegende Position. (Zur Vereinfachung sei das Seil als jederzeit vertikal ausgerichtet angenommen.)

  1. Welche Geschwindigkeit hat der Jojo-Mittelpunkt in der unteren Position?
  2. Welche Winkelgeschwindigkeit und Drehzahl hat das Jojo dort?
  3. Welche Seilkraft wirkt in der unteren Stellung?

Geg: m = 200 g, h = 500 mm; r = 20 mm; g = 9.81 ms2

Lösung:

a) Energieerhaltungssatz

mgh = 12 mv2 + 122

mit

J = 12 mr2 ; ω = vr

erhalten wir

mgh = 12 mv2 + 12 · 12 mr2 · v2r2

bzw.

gh = 34 v2

und damit

v = 2√(gh3) = 2√(9,81·0.53 · m2s2) = 2,56 ms

b)

ω = vr = 128 rads
n = ω = 20.4 1s

jojo-1.gif c) Gleichgewichtsbedingungen

∑ Fy ≡ S + m·a − m·g = 0
∑ M0 ≡ S·r − J·α = 0

mit

J = 12 mr2 ; α = ar

lautet die Momentengleichung

S·r − 12 mra = 0

aus der Kräftegleichung in y-Richtung erhalten wir

ma = mg − S

und eingesetzt

S − 12 mg + 12 S = 0

bzw.

S = 13 mg = ... = 0.65 N

zu b) ich hab für w 128 1/s raus! wie kommen Sie auf 5.11?? (S.F.)


ja klar … Abschreibfehler … hab' ich korrigiert. Danke. (sg)