Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbau

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1 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbau LEICHTBAUPROFILE Universität der Bundeswehr München Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik Institut für Leichtbau Prof.Dr.-Ing. H. Rapp Stand: 14. Januar 2011

2 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Arbeitsumfang 3 2 Versuchsaufbau Vorrichtung Leichtbauprofile Dehnungsmessung Verschiebungen und Verdrehungen Versuchsdurchführung, Auswertung und Darstellung Theoretische Grundlagen Ergebnisse Bewertung A Werkstoffkennwerte 9 B Dehnungsmessstreifen 10

3 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 3 1 Einleitung und Arbeitsumfang Im Rahmen der Vorlesung Leichtbau werden Methoden zur Berechnung von dünnwandigen Profilquerschnitten vorgestellt. Dabei wird diese Thematik jedoch nur in der Theorie betrachtet. Im Rahmen dieses Praktikumsversuches sind daher einige der vorgestellten Profile unter tatsächlichen Beanspruchungen zu untersuchen. Das Ziel ist hierbei, die theoretischen Zusammenhänge mit experimentellen Ergebnissen zu vergleichen und zu bewerten. Hierfür sind unter einer definierten Last die Dehnungen, Spannungen und Verschiebungen auf theoretischem und experimentellem Wege zu ermitteln. Voraussetzungen für diesen Praktikumsversuch sind die Kenntnisse aus dem Modul Leichtbau sowie die Grundkenntnisse zur Messtechnik. Zu Beginn des Praktikumsversuches sind die Abmessungen der zu untersuchenden Profile sowie die Positionen der Dehnungsmessstreifen (DMS) zu ermitteln. Im nächsten Schritt werden die Profile mit den entsprechenden Lasten beansprucht und die Messwerte ermittelt. Während die Messstellen zur Dehnungsmessung vorgegeben sind, sind die Messstellen zur Bestimmung der Verschiebungen selbstständig festzulegen. Die gemessenen Daten sind auszuwerten und in Form einer schriftlichen Ausarbeitung mit einer entsprechenden Diskussion der Ergebnisse zu dokumentieren.

4 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 4 2 Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, der Vorrichtung mit den Profilen und den Messeinrichtungen. Die folgende Skizze zeigt schematisch den Versuchsaufbau mit den zur Verfügung gestellten Messeinrichtungen. Jede Gruppe hat hierbei zwei Profile, welche zu Beginn des jeweiligen Praktikums bekannt gegeben werden, zu untersuchen. An jedem der zwei Profile werden die Dehnungen an zwei definierten Stellen mit DMS bestimmt. Die Verschiebungen werden mit mechanischen Wegaufnehmern (Messuhren) ermittelt. 2.1 Vorrichtung Innerhalb eines Rahmens sind die Profile nebeneinander angeordnet. An dem einen Ende sind diese unterschiedlich gelagert, am anderen Ende greift die Last über einen Seilzug an.

5 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 5 Die Verschiebungen und Verdrehungen können am Balkenende, parallel zu den Messungen mit den dafür vorgesehenen Messmitteln, über eine Skala grob abgelesen werden. 2.2 Leichtbauprofile Versuchsaufbau Zur 2.2 Auswahl Leichtbauprofile stehen sechs Profile, welche sich teilweise in der Querschnittsform, Zur Auswahl wie auch stehen in sechs der Profile, Lagerung welche sich undteilweise Belastung in der Querschnittsform, unterscheiden. wie Die auch folgende Lagerung Zusammenstellung und Belastung unterscheiden. zeigt alledie zur folgende Verfügung Zusammenstellung stehenden zeigt Profile. alle zur Verfügung Bei in der der stehenden Profile. Querschnitte Werkstoff Stahl Stahl Stahl Aluminium Aluminium Stahl Belastung Querkraft Torsionsmoment Torsionsmoment Torsionsmoment Torsionsmoment Querkraft Bei der Durchführung der theoretischen Untersuchungen ist vor allem auf die Besonderheiten, zum Beispiel Querschnittverwölbung, schiefe Biegung und Schubmittelpunkt, zu achten. Alle hierfür benötigten Zusammenhänge können den Vorlesungsunterlagen Leichtbau entnommen werden. Durchführung der theoretischen Untersuchungen ist vor allem auf die Besonderheiten, 2.3 Dehnungsmessung zum Beispiel Querschnittverwölbung, schiefe Biegung und Schubmittelpunkt, zu achten. Alle hierfür benötigten Zusammenhänge können den Die Dehnungen sind für die beiden zu untersuchenden Profile an jeweils zwei definierten Stellen auf Vorlesungsunterlagen theoretischem und experimentellem Leichtbau Wege zu ermitteln. entnommen Die Grundlagen werden. zur Dehnungsmessung mit DMS wurden bereits im vorhergehenden Teil des Praktikums vorgestellt. Die entsprechenden Daten zu den hier verwendeten Linear-DMS sind im Anhang B zu sehen. Als Messverstärker kommt ein KWS 3020B Messverstärker, welcher auch im Praktikumsversuch zur Dreigurtscheibe verwendet wird, zum Einsatz. Daher wird hier auf eine weitere Beschreibung der Messeinrichtungen verzichtet. 2.4 Verschiebungen und Verdrehungen Mit Hilfe von Messuhren sind die Verschiebungen bzw. Verdrehungen an den zu untersuchenden Profilen zu ermitteln. Auch hierbei sind die entsprechenden theoretischen Werte auf Basis der Querschnittskennwerte der Profile zu berechnen. Messuhr Magnetfuss Stativ

6 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile Dehnungsmessung Die Dehnungen sind für die beiden zu untersuchenden Profile an jeweils zwei definierten Stellen auf theoretischem und experimentellem Wege zu ermitteln. Die Grundlagen zur Dehnungsmessung mit DMS wurden bereits im vorhergehenden Teil des Praktikums vorgestellt. Die entsprechenden Daten zu den hier verwendeten Linear-DMS sind im Anhang B zu sehen. Als Messverstärker kommt ein KWS 3020B Messverstärker, welcher auch im Praktikumsversuch zur Dreigurtscheibe verwendet wird, zum Einsatz. Daher wird hier auf eine weitere Beschreibung der Messeinrichtungen verzichtet. 2.4 Verschiebungen und Verdrehungen Mit Hilfe von Messuhren sind die Verschiebungen bzw. Verdrehungen an den zu untersuchenden Profilen zu ermitteln. Auch hierbei sind die entsprechenden theoretischen Werte auf Basis der Querschnittskennwerte der Profile zu berechnen. Die zur Verfügung stehenden Messuhren sind über eine gelenkige Anbindung mit einer magnetischen Vorrichtung zur Fixierung am Gestell verbunden. Damit können die Messuhren an unterschiedlichen Stellen des Profils positioniert werden.

7 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 7 3 Versuchsdurchführung, Auswertung und Darstellung Im Rahmen dieses Praktikumsversuches sind die Dehnungen und Spannungen an definierten Stellen, sowie die Verschiebungen und Verdrehungen (zum Beispiel am Balkenende) infolge der aufgebrachten Lasten zu messen und zu berechnen. Jede Gruppe hat zwei Profile zu untersuchen. Die Last wird in mehreren Schritten aufgegeben. Anschließend sind die gewonnenen Informationen zu den beiden Profilen zu vergleichen und zu bewerten. Die Ausarbeitung erfolgt hierbei in Form eines schriftlichen Berichtes. Wichtig ist hierbei, dass die Ergebnisse klar und deutlich sowie nachvollziehbar dargestellt werden. Auf eine Darstellung der nicht benötigten Informationen, zum Beispiel die Beschreibung der restlichen Leichtbauprofile, ist zu verzichten. 3.1 Theoretische Grundlagen Die theoretischen Grundlagen zu den hier durchzuführenden Berechnungen sind in den Vorlesungsunterlagen Leichtbau detailliert erläutert. Daher sind in der Ausarbeitung nur die zur Auswertung benötigten Gleichungen darzustellen. 3.2 Ergebnisse Hierbei sind die theoretischen und experimentellen Ergebnisse zusammen in geeigneten Diagrammen darzustellen. - Spannungen an der Stelle der DMS - Verschiebungen am Balkenende - Steifigkeiten auf Basis der experimentellen Ergebnisse Die folgende Abbildung zeigt hierfür ein Beispiel, bei dem die Materialbeanspruchung und die Verschiebung als Funktionen der Belastung für verschiedene Messstellen aufgetragen sind.

8 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 8 In Abhängigkeit der auszuwertenden Daten ist das Diagramm entsprechend anzupassen. 3.3 Bewertung Meist treten zwischen den theoretisch und experimentell ermittelten Werten Abweichungen auf. Die möglichen Ursachen hierfür sind entsprechend zu diskutieren und darzustellen.

9 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 9 A Werkstoffkennwerte Kennwert Einheiten Stahl Aluminium Bemerkung E [N/mm 2 ] v - 0,3 0,3 σ zul [N/mm 2 ] R ρ0,2 - - S235J ENAW-(A199,5) Kurzbezeichnung

10 Gerätetechnisches Praktikum: Leichtbauprofile 10 B Dehnungsmessstreifen