Maschinenelemente ME an der TU München

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Ein einseitig eingespannter Biegebalken mit einem quadratischen Querschnitt wird am freien Ende mittig durch die Kraft F belastet und elastisch verformt. Beschreiben Sie textuell, wie sich qualitativ der Spannungsverlauf über den Bauteilquerschnitt in Belastungsrichtung einstellt! Beziehen Sie sich dabei auch auf den Flächenschwerpunkt des Querschnitts.

Eine Biegebeanspruchung hat einen linearen Spannungsverlauf mit Zugspannung auf der einen und Druckspannung auf der anderen Seite zur Folge
Im Bauteilschwerpunkt herrschen dabei keine Spannungen, er liegt in der spannungsfreien, sogenannten neutralen Faser

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Würden Sie für die Auslegung eines Druckbehälters die tangentiale oder die axiale Spannungskomponente in der Wandung zugrunde legen? Begründen Sie Ihre Antwort!

In rohrähnlichen Querschnitten ist die tangentiale Spannungskomponente stets doppelt so groß wie die axiale. Für die Auslegung ist daher die tangentiale Spannungskomponente zu berücksichtigen

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Nenne Sie das Verzahnungsprofil, das für zylindrische Zahnräder industriell am meisten eingesetzt wird! Nennen Sie zudem ein Fertigungsverfahren und das Bezugsprofil für die Herstellung dieser Verzahnungsart!

- Evolventenverzahung: Wälzfräsen, geradflankiges Bezugsprofil

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Warum wirken sich abrupte Querschnittsänderungen kritisch auf die Belastbarkeit von Bauteilen aus? Gehen Sie bei Ihrer Begründung auch auf die aus einer Belastung resultierenden Bauteilspannungen ein! (1.0pt)

Querschnittsänderungen in Bauteilen wirken als Kerben (0.5pt)

Bei Belastung treten hier Spannungsspitzen auf, welche bei der Festigkeitsrechnung berücksichtigt werden müssen (0.5pt)

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Beschreiben Sie, wie sich ein Verformungsbruch bei einem metallischen Werkstoff unter statischer Belastung äußert und unter welchen Randbedingungen diese Schadensart auftreten kann!

- Bruch nach plast. Verformung oder Einschnürung. Duktiler Werkstoff

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Nennen Sie die zentralen Versagensannahmen für die Normalspannungs- und die Gestaltänderungsenergiehypothese! Ergänzen Sie zudem, bei welchen Werkstoffeigenschaften die jeweilige Versagensannahme zum Einsatz kommt!

Die Normalspannungshypthese postuliert ein schlagartiges Versagen dort, wo die größte Normalspannung auftritt
- Sie wird deshalb bevorzugt bei spröden, stark verspannten, kalten oder schlagartig belasteten Bauteilen angesetzt
Die Gestaltänderungshypothese postuliert ein duktiles Versagen dort, wo die größte Schubspannung auftritt
- Sie wird deshalb bevorzugt bei duktilen Werkstoffen oder Schwingbeanspruchungen angesetzt

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Die Schweißbarkeit hängt unmittelbar von drei Einflussgrößen ab. Nennen Sie diese!

Schweißmöglichkeit, Schweißeignung, Schweißsicherheit

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Querschnittsänderungen in Bauteilen wirken als Kerben
Bei Belastung treten hier Spannungsspitzen auf, welche bei der Festigkeitsrechnung berücksichtigt werden müssen

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Verformungsbruch unter statischer Belastung (Beschreibung, Randbedingung)

Nach plastischer Verformung oder Einschnürung bricht der Werkstoff, duktiler Werkstoff

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Annahme Gestaltänderungshypothese

Bauteilversagen dort, wo die größte Schubspannung auftritt - plastische Verformung bis zum Versagen

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Nennen Sie die beiden möglichen Beanspruchungshypothesen!

Annahme Normalspannungshypothese

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Nennen Sie die beiden möglichen Beanspruchungshypothesen für die Auslegung metallischer Bauteile sowie jeweils zwei Anwendungsbereiche!

Normalspannungshypothese - spröde oder stark verspannte Werkstoffe und tiefe Temperaturen, Gestaltänderungshypothese - duktile Werkstoffe und Schwingbeanspruchungen

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