Die Axialspannung beschreibt die Kraft pro Querschnittsflächeneinheit, die in Längsrichtung eines Trägers oder einer Achse wirkt. Axiale Spannungen können dazu führen, dass sich ein Element zusammendrückt, verbiegt, verlängert oder versagt. Einige Teile, die Axialkräften ausgesetzt sein können, sind Baubalken, Bolzen und verschiedene Arten von Wellen. Die einfachste Formel für die Axialspannung ist die Kraft geteilt durch die Querschnittsfläche. Die auf diesen Querschnitt wirkende Kraft ist jedoch möglicherweise nicht sofort ersichtlich.
Bestimmen Sie die Kraft, die senkrecht (senkrecht) zum Querschnitt wirkt. Wenn beispielsweise eine lineare Kraft in einem 60-Grad-Winkel auf den Querschnitt trifft, verursacht nur ein Teil dieser Kraft direkt eine axiale Belastung. Verwenden Sie die trigonometrische Funktion Sinus, um zu messen, wie senkrecht die Kraft zur Fläche ist; die Axialkraft ist gleich dem Betrag der Kraft mal dem Sinus des Einfallswinkels. Wenn die Kraft im 90-Grad-Winkel zur Fläche eintritt, sind 100 Prozent der Kraft eine Axialkraft.
Berechnen Sie das Gesamtmoment, das auf den interessierenden Querschnitt wirkt. Bei einem statischen Träger ist dieses Moment gleich und entgegengesetzt der Summe der Momente, die auf beiden Seiten des Querschnitts wirken. Es gibt zwei Arten von Momenten: direkte Momente, die von einem Kragträger aufgebracht werden, und Momente, die durch vertikale Kräfte um den Querschnitt herum erzeugt werden. Das Moment aufgrund einer vertikalen Kraft ist gleich ihrer Größe mal ihrer Entfernung vom interessierenden Punkt. Verwenden Sie die Kosinusfunktion, um die vertikale Komponente aller linearen Kräfte zu berechnen, die auf die Enden der Achse ausgeübt werden.
Berechnen Sie die Axialspannung aufgrund von Momenten. Wenn ein Moment auf eine Achse einwirkt, erzeugt es Spannung in der oberen oder unteren Hälfte und Druck in der anderen. Die Spannung ist null entlang der Linie, die durch die Mitte der Achse verläuft (als neutrale Achse bezeichnet) und nimmt sowohl zur oberen als auch zur unteren Kante linear zu. Die Formel für die Biegespannung lautet (M * y) / I, wobei M = Moment, y = Höhe über oder unter der neutralen Achse und I = Trägheitsmoment am Achsenschwerpunkt ist. Sie können sich das Trägheitsmoment als die Fähigkeit eines Balkens vorstellen, einer Biegung zu widerstehen. Diese Zahl ist am einfachsten aus Tabellen früherer Berechnungen für gängige Querschnittsformen zu entnehmen.
Verweise
- "FE Review Manual: Rapid Preparation for the Gereral Fundamentals of Engineering Exam"; Michael R. Lindburg; 2006
Über den Autor
Brad Painting hat seinen Sitz in der Metropolregion Cleveland, Ohio und schreibt über Gesundheits-, Technologie- und Umweltthemen. Seine Erfahrung umfasst das Schreiben von Schulungsmaterialien, Managementplänen und verschiedenen freiberuflichen Artikeln. Malerei hat einen Bachelor of Science in Maschinenbau von der Ohio University und ist auf Green Building Design spezialisiert.
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