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Aufgabenstellung:

Ein homogener Stab konstanter Dicke mit linear veränderlichem Querschnitt wird mit Eigengewicht belastet.

 

Gesucht:
Bestimmung des Zugspannungsverlaufs und des Orts und Betrags der kleinsten Spannung sowie der Gesamtverlängerung

 

Gegeben:

Homogenen Stab konstanter Dicke mit linear veränderlichem Querschnitt

 

Lösungsweg:

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Mit folgt der Normalkraftverlauf

Formel für die Normalspannung

Eine statische Randbedingung zur Bestimmung der Konstanten nutzen:

Daraus folgt der Normalkraftverlauf

und der Spannungsverlauf

Skizze des Spannungsverlauf

Spannungsverlauf

Der Ort und der Betrag der kleinsten Spannung ergibt sich aus der ersten Variation nach

Daraus läßt sich der Ort bestimmen

Durch die zweite Variation wird das Minimum bestätigt

Für und existiert ein Spannungsminimum.

Damit ist der Betrag der kleinsten Normalspannung

Die Gesamtverlängerung des Stabes ergibt sich aus der Integration der Differentialgleichung 

Die geometrische Randbedingung zur Bestimmung der Konstanten lautet

Damit lautet der Verschiebungsverlauf

mit folgt

Die Verschiebung ist negativ in positiver - Richtung.

Am Stabende ist die Verlängerung

Lösung: