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Aufgaben und Ziele der Festigkeitslehre

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Bei der Festigkeitslehre handelt es sich um ein Fachgebiet der Technischen Mechanik, welches sich mit der Verhaltensweise von festen Körpern, Bauteilen und Konstruktionen unter Belastung beschäftigt. Oft wird die Festigkeitslehre auch als Elasto-Statik oder, in englischer Übersetzung, als Strength of Materials bezeichnet.
Sobald auf ein Bauteil Lasten, Momente oder Kräfte von außen einwirken, entstehen in seinem Inneren gewisse Kraftflüsse, die in der Technik auch als Spannungen bezeichnet werden. Diese Spannungszustände kann das Bauteil nur bis zu einem gewissen Maß aushalten.

Die Festigkeitslehre gibt infolge der rechnerischen Spannungsermittlung Aufschlüsse darüber, wie groß diese Spannung sein darf, damit es weder zur unzulässig hoher Verformung, Veränderung der Statik oder zum Zusammenbruch des Bauteiles kommt. Das Ziel der Festigkeitslehre besteht also darin, durch Berechnung zu ermitteln, welche Dimensionen das Bauteil haben muss und aus welchem Material es bestehen sollte, damit es die ihm zugewiesene Aufgabe sicher und zuverlässig erfüllen kann.

Aufgaben der Festigkeitslehre

Von der Statik zu Festigkeitslehre

Genau wie die Statik, wird die Festigkeitslehre bei der Entwicklung von Schiffen, Flugzeugen und beim Entwurf von Brücken oder Gebäuden benötigt. Die Festigkeitslehre gehört somit zu den grundlegenden Ingenieurdisziplinen. Mängel oder Fehler bezüglich der Festigkeit oder Statik haben in der Praxis oft verheerende Folgen. Kommt es beispielsweise infolge mangelhafter Statik oder Festigkeit zum Brücken- oder Gebäudeeinsturz oder zu einer unverhältnismäßigen Torsion von Flugzeugtragflächen bei einem Unwetter, sind zumeist viele Menschen betroffen.

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Was ist aber der Unterschied zwischen Statik und Festigkeitslehre? Es ist so, dass in der Statik lediglich die Beanspruchungen (Kräfte, Momente) in den Bauteilen berechnet werden. Die Körper sind in dieser Betrachtung starr und es kommt zu keiner Verformung. In der Festigkeitslehre betrachtet man zusätzlich die Verformung von Bauteilen unter Last. Außerdem wird neben dem Begriff der Dehnung (Verformung) der Begriff der Spannung eingeführt, der neben der Verformung als eine Reaktion auf Belastungen auftritt.
Letztendlich weisen wir mit Hilfe der Festigkeitslehre nach, dass die bestehenden Beanspruchen die untersuchten Bauteile nicht zerstören.

Berechnung und Bauteilauslegung

Achtung! In der Praxis erfolgt die Auslegung der Bauteile bzw. Konstruktionen nicht auf den, durch verschiedene Festigkeitsberechnungen ermittelten "Punkt des Versagens". Sowohl in der Statik als auch in der Festigkeitslehre planen die Ingenieure gewisse Sicherheitsreserven ein, welche mit dem sogenannten Sicherheitsfaktor (S) beschrieben werden. Damit ein Bauteil unter Belastung nicht versagt, muss dieser immer größer als der Wert "Eins" sein.

In der Festigkeitslehre wird bei allen Berechnungen von einem Idealverhalten des Materials ausgegangen. Das heißt:

  • Der Werkstoff ist homogen und isotrop, wie das beispielsweise bei allen klassischen Metallen der Fall ist.
  • Der Werkstoff verhält sich bei Verformung ideal-elastisch. Demnach verhalten sich Belastung und Verformung zueinander proportional.
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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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