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Über dieses Buch

Als Teilgebiet der Technischen Mechanik zielt der Leichtbau darauf ab, bei der Entwicklung von Bauteilen so viel Gewicht wie möglich einzusparen. Unter Einbezug der Werkstoff- und Fertigungstechnik, der Konstruktion und der Auslegungsmethodik lassen sich Leichtbaustrukturen hoher Güte entwickeln. Diese interdisziplinäre Arbeitsweise erfordert tiefgehende Kenntnisse in allen genannten Bereichen.

Wie schon das Lehrbuch Festigkeitslehre der Autoren Linke und Nast, würdigt auch dieses begleitende Übungsbuch die Interdisziplinarität des Fachbereichs. Im Fokus steht einmal mehr die Festigkeitslehre. Ziel des Buches ist es, das mechanische Verständnis zu schärfen. Dazu stellen die Autoren verschiedene Konstruktionsaspekte aus der Sicht von relevanten physikalischen Phänomenen dar. Zentrale Themen der Festigkeitslehre, wie etwa die Torsion, der Querkraftschub oder die Stabilität, werden ausführlich in eigenen Kapiteln besprochen.

Neben den leicht verständlichen Erläuterungen zeichnet sich das Buch durch eine Vielfalt an Anschauungsmaterial aus, das den Bezug zur Praxis schafft. Zahlreiche Übungen helfen dabei, das Gelernte zu vertiefen. Überdies stellen die Autoren jedem Kapitel eine kompakte Formelsammlung zur Seite, die genau auf die vermittelte Theorie abgestimmt ist. Damit richtet sich dieses Buch vor allem an Studierende des Maschinenbaus - insbesondere der Fachrichtungen Fahrzeugbau, Flugzeugbau sowie Leichtbau - eignet sich aber auch als Nachschlagewerk für Ingenieure im den Bereichen Flugzeugbau und Fahrzeugtechnik.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung

Es wird in die Thematik Festigkeitslehre für den Leichtbau eingeführt und die grundlegende Handhabung des Übungsbuches erläutert. Hierbei wird auch auf mathematische Vorkenntnisse und auf die Nutzung von Computeralgebrasystemen eingegangen.

Markus Linke

Kapitel 2. Grundlagen der klassischen Festigkeitslehre

Die grundlegenden Beziehungen der Festigkeitslehre in der Technischen Mechanik werden in Form einer tabellarischen Formelsammlung erläutert und korrespondierende Aufgaben mit Musterlösungen zur Verfügung gestellt. Es werden im Wesentlichen die Themen Stab, Ebener Spannungszustand und Schnittreaktionen am Balken thematisiert, um die verwendeten Schreibweisen und die für die Festigkeitslehre im Leichtbau erforderlichen Voraussetzungen zu wiederholen.

Markus Linke

Kapitel 3. Biegung

Zum Thema Biegung von Balkenstrukturen werden die grundlegenden Beziehungen in Form einer tabellarischen Formelsammlung beschrieben. Zu den Themen Schwerpunktkoordinaten, Flächenmomente 2. Grades wie auch Hauptflächenmomente von insbesondere dünnwandigen Profilen werden Aufgaben mit Musterlösungen zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus werden Normalspannungen in Balkenstrukturen und die Biegelinie von Balken bei gerader Biegung behandelt.

Markus Linke

Kapitel 4. Querkraftschub

Es werden die grundlegenden Beziehungen des Querkraftschubs an dünnwandigen Balkenstrukturen behandelt. Hierzu wird eine tabellarische Formelsammlung bereitgestellt und Aufgaben sowie korrespondierende Musterlösungen zu den Themen Schubfluss, Schubspannung und Schubmittelpunkt von offenen wie auch geschlossenen (ein- und zweizelligen) dünnwandigen Profilen beschrieben. Gleichzeitig wird die Berechnung des Schubkorrekturfaktors sowie die Balkenverformung bei Querkraftschubeinfluss thematisiert.

Markus Linke

Kapitel 5. Torsion

Die St. Venantsche Torsion sowie die Wölbkrafttorsion werden für balkenartige Träger mit dünnwandigem Profil thematisiert. Die zugrunde liegenden formelmäßigen Zusammenhänge werden tabellarisch dargestellt. Die Aufgaben mit den korrespondierenden Musterlösungen behandeln die Berechnung von Querschnittsgrößen wie Torsionsflächenmoment, Einheitsverwölbung und Wölbwiderstand wie auch die Ermittlung von Spannungen und Verformungen infolge von Torsionsbeanspruchungen.

Markus Linke

Kapitel 6. Stabilität schlanker Strukturen

Es werden Eulerknicken mit und ohne Imperfektion, Drillknicken, Biegedrillknicken und Kippen in verschiedenen Aufgaben, zu denen jeweils Musterlösungen zur Verfügung stehen, behandelt. Insbesondere wird auf die Ermittlung der Stabilitätslasten sowie der Stabilitätsformen auf der Basis der beherrschenden Differentialgleichung eingegangen. Die erforderlichen mechanischen Beziehungen werden übersichtlich in einer tabellarischen Formelsammlung erläutert.

Markus Linke

Kapitel 7. Arbeits- und Energiemethoden

Es werden das Prinzip der virtuellen Kräfte, der 2. Satz von Castigliano sowie der Energieerhaltungssatz thematisiert. Schwerpunktmäßig werden Beanspruchungen bei Biege-, Querkraftschub- und Torsionsproblemen behandelt. Die Anwendung von Energiemethoden bezieht sich dabei auch auf statisch unbestimmte Systeme zur Berechnung von Kraft- wie auch Verschiebungsgrößen. Die zugrunde liegenden Energiesätze werden übersichtlich in einer tabellarischen Formelsammlung zur Verfügung gestellt.

Markus Linke

Kapitel 8. Schubwand- und Schubfeldträger

Aufgaben mit Musterlösungen zu den vereinfachenden Theorien des Schubwand- und des Schubfeldträgers werden umfangreich bereitgestellt. Die Aufgaben thematisieren das ganze Spektrum von Biege-, Querkraftschub- und Torsionsbeanspruchungen. Insbesondere werden auch kombinierte Beanspruchungen behandelt. Im Fall von Schubwandträgern werden die in den vorherigen Themengebieten wie Biegung, Querkraftschub, Torsion und Arbeits-/Energiemethoden eingeübten mechanischen Zusammenhänge weiter für die spezielle Modellierung des Schubwandträgers vertieft. Die mechanischen Beziehungen, insbesondere zu Schubfeldträgern, sind übersichtlich in einer tabellarischen Formelsammlung dargestellt.

Markus Linke

Kapitel 9. Mathematische Formeln und Ergänzungen

Ausführliche, vertiefende mathematische Beziehungen und Nebenrechnungen (wie Lösung von linearen Gleichungssystemen, Bestimmung von Determinanten, Ermittlung von oberen Dreiecksmatrizen) werden beschrieben, die die Berechnungen in den Musterlösungen ergänzen. Es wird auf die in den Musterlösungen verwendete Berechnungsgenauigkeit näher eingegangen. Zudem werden ausführlich Nullstellenberechnungen (Sekantenverfahren, Cardanische Formeln) dargestellt, die in den Musterlösungen zur Lösung von Gleichungen eingesetzt werden.

Markus Linke

Backmatter

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