K15 Beulen von Profilstäben und Rohren Flashcards
Was sind die Unterschiede zwischen dem Knicken und dem Beulen eines Profilstabs?
Wie können beide Instabilitätsformen beschrieben werden?
Beim Knicken des Profilstabs bleibt die Querschnittsform erhalten und die Stabachse weicht aus.
Beim Profilbeulen bleiben die Anschlusskanten gerade und nur die Wände beulen aus.
Knicken – Eulerstab; Beulen – Plattenbeulen (Profil in einzelne Plattenstreifen teilen und als gelenkig miteinander verbunden sehen, beachte, dass die Einzelstreifen an den Rändern biegestarr verbunden sind -> Kompabilität zwischen den Plattenstreifen)
DIe Abwinklung des Profilstabs wirkt wie eine Lagerung und bildet so die Knotenlinie der Beulwellen.
Wie sieht das Beulen z.B. eines Z-Stringers aus? Wie kann das Verhalten der Anschlusskanten beschrieben werden?
Winkel bleiben erhalten, weil Einzelstreifen an den Rändern biegestarr verbunden
Neigungen der Elemente stimmen an gemeinsamen Kanten überein
- Das Profil wird gedrückt und knickt nicht, sondern der Steg und die Flansche Beulen sich flach sinusförmig nach innen und nach außen aus.
- Anschlusskanten können als Gelenke beschrieben werden und die Verformung ist dort gleich null.
- Randwinkel und Halbwellenlängen müssen übereinstimmen
Wie kann das Beulverhaltens von Profilstäben (z.B. Z-Stringern) ermittelt werden?
- kann als Platte mit gelenkiger Lagerung umgewandelt werden und dann als ebener Plattenstreifen angesehen werden.
- Beulbetrachtung des ein- oder zweiseitig eingespannten Plattenstabs heranziehen
Mit welcher Formel kann näherungsweise die Beulspannung eines Profilstabs ermittelt werden?
gewichteter Schwerpunktsatz
sigma_x_krit= Summe(sigma_x_i_kritt_ib_i)/Summe(t_i*b_i)
Wie lässt sich die stabilisierende Wirkung bzw. die versteifenden Wirkung der Randstützung bei Profilstäben nutzen?
durch Bördelungen
Stützwirkung abhängig vom Verhältnis Steghöhe zu Dicke des zu unterstützenden Profilstreifens.
Die mit dem Bördel aufgeprägte zusätzliche Lagerung wirkt nur dann, wenn dessen Höhe kleiner ist als die Flanschbreite (c/b). Ansonsten beult der Bördel (auch) wie der Flansch und dessen Wirkung verschwindet
Welche Beulformen treten bei längs gedrückten Zylindern unterschiedlicher
Schlankheit auf?
Plattenknicken: kurzer Rohrabschnitt, verschwindender Krümmungseinfluss, Beulspannung/Beulwert der ebenen Platte
Stabknicken: schlankes, rel. dickwandiges Rohr, Knicken als Euler-Stab (also ohne Querschnittsdeformation)
Ring- oder Schachbrettbeulen: dünnwandiges Rohr mittlerer Länge, (Länge und Lagerung hat keinen Einfluss, Schachbrett in Realität nie erreicht stattdessen wegen Imperfektionen Rauten-Form bzw. Beulform nicht vorhersehbar)
Welches Beulmuster tritt bei Zylindern theoretisch auf und welches im Experiment auf, die ein mäßig großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser haben?
- Sehr kurze Rohre mit großem Durchmesser versagen durch Plattenknickung.
- Sehr lange, dünne Rohre knicken wie ein Stab.
- Der Bereich des Beulversagens wird durch diese beiden Grenzen festgelegt.
- Hier findet ein theoretisches Versagen durch Ring- oder Schachbrettbeulen statt.
- Ein ähnliches Verhalten zeigt das Rohr unter konstanter Schubbelastung aus Torsion
- In der Realität schlägt ein dünnwandiges Rohr jedoch nicht in die Schachbrett-Beulform, sondern bereits bei einer geringeren Beullast in ein rautenförmiges Beulmuster durch.
- Feinste geometrische Abweichungen von der idealen Kreiszylinderform bzw. Inhomogenitäten (bei einer Blechdose ist dieses z.B. die Lötnaht!) lösen dieses Instabilitätsverhalten aus.
Wie lässt sich ein Zylinder stabilisieren bzw. sein Beulwert erhöhen?
Durch Innendruck
- > die Änderung der Beulform vom Schachbrett zur Rautenform wird behindert, da sich bei der Rautenform das Innenvolumen verringert.
- > die Kesselspannung in Rohrlängsrichtung verringert die Druckspannung aus der Axialbelastung (bspw. Dose von oben drücken)
Was folgt aus der gegenseitigen Randstützung bei Profilstäben?
Die Beulspannung eines Profils ist in jedem Fall größer als die Beulspannung der unstabilisierten Einzelstreifen (siehe Beulwertformel mit Lagerkoeffizienten)
Wie erfolgt das Beulen der Schubwände von Schubfeldträgern? Wie trägt das
Schubfeld im überkritischen Beulzustand?
Beulen bilden sich im 45° Winkel diagonal aus (ideales Zugfeld), Schubbeulen
Gurte und Pfosten müssen in der Lage sein, die zusätzliche Belastung aus der Zugdiagonalen aufzunehmen
Das ideale Zugfeld ergibt sich im überkritischen Beulzustand, wenn nach der Ausbildung von diagonal ausgerichteten Schubbeulen eine Kraftumlagerung erfolgt.
In Richtung der Beulen kann das biegeweiche Schubblech keine
Hauptspannungen (sigma_2 = 0) mehr übernehmen, so dass nur noch
eine Aussteifung in der Zugdiagonalenrichtung vorliegt
Schubspannung kann nicht mit Beulen aufgenommen werden -> verteilen sich über die Seiten -> sekundäre Normalspannungen an den Gurten und Steifen (kann auch nur noch Zug aufnehmen)
Solange bei überkritischer Belastung die Streckgrenze des Schubwandmaterials nicht erreicht wird, fällt die Schubwand bei unterkritischer Last wieder in den ungebeulten Zustand zurück
Voraussetzung dafür ist aber auch, dass die Gurte und Pfosten in der Lage sind, die zusätzliche Belastung aus der Zugdiagonalen aufzunehmen
Zudem ist bei wiederholtem Ausbeulen auf Materialermüdung zu achten
