DeutschesFachbuch.de : Leichtbau-Konstruktion Berechnungsgrundlagen und Gestaltung Von Bernd Klein

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

3	Methoden und Hilfsmittel im Leichtbau				10
	3.1	Konstruktive Techniken			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			18
	4.4	Verbundbauweise			19
	4.5	Vollwand- und Schalensysteme			20
5	Kriterien für die Werkstoffauswahl				23
	5.1	Eigenschaftsgrößen			23
	5.2	Linear elastische Kenngrößen			23
	5.3	Nichtlinear elastische Kenngrößen			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	Stabilitätswiderstand		30
		5.5.4	Reißlänge		30
		5.5.5	Werkstoffwertung		31
	5.6	Gütekennzahlen			31
	5.7	Leichtbaukennzahlen			32
	5.8	Gesichtspunkte für 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
		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	Faserverstärkte Werkstoffe			57
		6.8.1	Faserverstärkte Kunststoffe		57
			6.8.1.1	Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)	59
			6.8.1.2	Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)	60
			6.8.1.3	Aramidfaserverstärkte Kunststoffe (AFK)	60
			6.8.1.4	Verbundfestigkeit	61
		6.8.2	Faserverstärkte Metalle		63

7	Gestaltungsprinzipiell im Leichtbau				65
	7.1	Strukturmerkmale			66
	7.2	Konstruktive Prinzipien			66

8	Elastizitätstheoretische Grundlagen				74
	8.1	Bauelemente			74
	8.2	Geometrische Beschreibungsgrößen			76
		8.2.1	Flächenträgheitsmomente		76
		8.2.2	Steiner'scher Satz		77
		8.2.3	Flächenträgheitsmomente zusammengesetzter Profile		78
		8.2.4	Transformierte Flächenträgheitsmomente		79
		8.2.5	Hauptflächenträgheitsmomente		80
	8.3	Elastizitätsgleichungen			81
		8.3.1	Verschiebungen und Verzerrungen		81
		8.3.2	Verzerrungen und Spannungen		83
		8.3.3	Gleichgewicht		84
		8.3.4	Ebene Elastizitätsgleichungen		86
			8.3.4.1	Ebener Spannungszustand	86
			8.3.4.2	Ebener Verzerrungszustand	87
	8.4	Formänderungsenergie			88
	8.5	Elastizitätsgesetz der stabartigen Elemente			89
	8.6	Elastizitätsgesetze der Flächenelemente			91
		8.6.1	Scheibenelement		91
		8.6.2	Plattenelement		96
		8.6.3	Schalenelement		102

9	Dünnwandige Profilstäbe				106
	9.1	Kraftflüsse			106
	9.2	Kraftflüsse und Schnittgrößen			109
	9.3	Querkraftbiegung			112
		9.3.1	Schubflussverteilung		112
		9.3.2	Schubmittelpunkt		113
		9.3.3	Geschlossene, symmetrische Konstruktionsprofile		116
		9.3.4	Geschlossene, unsymmetrische Profile		119

10	Torsion von Profilstäben				123
	10.1	Grundbeziehungen			123
	10.2	Voll- und Rohrquerschnitte			124
	10.3	Geschlossene, dünnwandige Querschnitte			127
	10.4	Offene, dünnwandige Querschnitte			130
	10.5	Hohlquerschnitte mit Stegen			133
	10.6	Verwölbung von Querschnitten			135
	10.7	Wölbwiderstand einfacher Profile			138

11	Biegung offener Profilstäbe				144
	11.1	Allgemeines Normalspannungsproblem			144
	11.2	Geometrische Beschreibungsgrößen beliebiger Querschnitte			148

12	Schubwandträger-Profile				152
	12.1	Beanspruchungsmodell			152
	12.2	Kräfte und Momente zufolge des Schubflusses			154
	12.3	Schubmittelpunkt von Schubwandträger-Profilen			156
	12.4	Zusammengesetzte Schubwandträger-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

16	Statisch unbestimmte Strukturen				184
	16.1	Äußere 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	Elastizitätsgleichungen für statisch unbestimmte Strukturen			188
	16.4	Geschlossener Rahmen			189
17	Sandwichelemente				192
	17.1	Aufbauprinzip			192
	17.2	Werkstoffeigenschaften			194
	17.3	Homogener Kern			195
		17.3.1	Grundlastfälle		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	Instabilitätsformen			212

18	Stabilität von Stäben und Balken				215
	18.1	Grundeffekte			215
	18.2	Knicken von Profilstäben			216
		18.2.1	Euler'sche Biegeknickfälle		217
		18.2.2	Knickung von doppelt- und punktsymmetrischen Profilstäben		220
		18.2.3	Knickung von einfach symmetrischen Profilstäben		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	Lösung der Beulgleichung			234
	19.3	Einfache Beulfälle			236
	19.4	Zusammenstellung von Beulfällen			242
	19.5	Rohrbeulen			245
	19.6	Versteifte Scheibe			247
	19.7	Beulung von Profilen			251
	19.8	Bördelung			255

20	Konstruktive Versteifungen				259
	20.1	Schalenförmige Formgebung			259
	20.2	Sicken			261
		20.2.1	Versteifungswirkung		261
		20.2.2	Konstruktive Ausführung		266
	20.3	Rippen			268
	20.4	Randversteifungen			271
	20.5	Durchzüge			272

21	Krafteinleitung				274
	21.1	Versteifte Scheibe			274
	21.2	Einleitungsgurt konstanter Spannung			280

22	Verbindungstechnik				283
	22.1	Einsatzbreite			283
	22.2	Nietung			284
		22.2.1	Nietverbindungen mit überstehenden Köpfen		285
		22.2.2	Nietverbindungen mit Senkkopfniete		287
		22.2.3	Überlagerte Scher- und Zugbeanspruchung auf Nietverbindungen		288
	22.3	Schweißung			290
		22.3.1	Punktschweißen		291
	22.4	Kleben			295
		22.4.1	Klebstoffe		295
		22.4.2	Grundwerkstoffe		297
		22.4.3	Belastungsmodelle		298
		22.4.4	Spannungsverteilung in schubbeanspruchten Klebeverbindungen		299
		22.4.5	Gegenüberstellung verschiedener Lösungsansätze		305
		22.4.6	Abschätzung des Normalspannungseinflusses		306
		22.4.7	Gestaltungsregeln für Klebeverbindungen		309
		22.4.8	Schwingfestigkeit von Klebeverbindungen		312
	22.5	Sonderverbindungsverfahren			314

23	Strukturoptimierung				317
	23.1	Mathematischer Optimierungsansatz			317
	23.2	Extrema über Strukturkennwert			320
	23.3	Einfache Minimalauslegungen			322
		23.3.1	Gewichtsminimaler Biegebalken		322
		23.3.2	Gewichtsminimaler Knickstab		325
	23.4	Vereinfachtes numerisches Optimierungsverfahren			328

24	Schwingbeanspruchte Strukturen				333
	24.1	Konstruktionsphilosophien			333
	24.2	Problematik des rechnerischen Nachweises			334
	24.3	Auswertung des Beanspruchungsverlaufs			334
	24.4	Versagensverhalten			340
	24.5	Arbeitsmechanische Schadensakkumulation			343
	24.6	Verbesserung der Aussagegenauigkeit			349
	24.7	Restfestigkeitsproblem			351
	24.8	Allgemeines Rissfortschrittsproblem			358
	24.9	Bruchmechanische Akkumulation			363
	24.10	Nichtlineare Schädigungshypothese			366

25	Strukturzuverlässigkeit				370
	25.1	Zuverlässigkeitsanalyse			370
	25.2	Boole'sche Grundanordnungen			370
	25.3	Statistische Nutzung			373
	25.4	Zufallsausfälle			375
	25.5	Früh- und Abnutzungsausfälle			376

26	Strukturakustik				379
	26.1	Ursachen von Geräuschen			379
	26.2	Akustisches Verhalten			380
	26.3	Körperschallausbreitung			381
	26.4	Wellenbeanspruchung			385
	26.5	Impedanz			386
	26.6	Impedanz einer idealisierten Struktur			387
	26.7	Quantifizierung von Versteifungsmaßnahmen			388
	26.8	Einfluss von Werkstoff und Verbindungstechnik			391

Leichtbau-Übungen					393

Literaturverzeichnis					512

Sachwortverzeichnis					519