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Burkhard Heine
Werkstoffwahl für technische Anwendungen
Grundlagen und Beispiele
Vorwort
6
Inhalt
8
Formelzeichen und Abkürzungen
11
1 Vorbemerkungen
14
2 Grundlagen
20
2.1 Wärmeleitfähigkeit – Temperaturleitfähigkeit
20
2.1.1 Wärmeleitfähigkeit
20
2.1.2 Temperaturleitfähigkeit
23
2.2 Dichte
26
2.3 Elastizitätsmodul
27
2.4 Versagensspannung
30
2.5 Bruchzähigkeit
38
2.6 Verlustfaktor
56
2.7 Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
62
3 Beispiele
65
3.1 Thermophysikalisches Verhalten
65
3.1.1 Platte als Wärmespeicher
65
3.1.2 Platte als Wärmeschutz
67
3.2 Elastisches Verhalten – Schallgeschwindigkeit
69
3.3 Definierte elastische Verformung bei definierter Masse
71
3.3.1 Rohr unter Innendruck
71
3.3.2 Stab unter Zugbeanspruchung
75
3.3.3 Unterkritisch gestauchte Platte
77
3.3.4 Unterkritisch gestauchter Stab
80
3.3.5 Überkritisch gestauchte Platte
82
3.3.6 Überkritisch gestauchter Stab
85
3.3.7 Stab unter Torsion
87
3.3.8 Balken quadratischen Querschnitts unter Biegung
90
3.3.9 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Biegung
92
3.3.10 Platte unter Biegung
94
3.3.11 Kragarm unter Biegung
97
3.3.12 Kreisscheibe unter Druckdifferenz
99
3.3.13 Kreisscheibe unter Eigengewicht
102
3.3.14 Balken quadratischen Querschnitts unter Eigengewicht
105
3.3.15 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Eigengewicht
107
3.3.16 Platte unter Eigengewicht
109
3.3.17 Kragarm unter Eigengewicht
112
3.4 Ausnutzung der Versagensspannung bei definierter Masse
114
3.4.1 Rohr unter Innendruck
114
3.4.2 Stab unter Zugbeanspruchung
117
3.4.3 Unterkritisch gestauchte Platte
119
3.4.4 Unterkritisch gestauchter Stab
122
3.4.5 Stab unter Torsion
125
3.4.6 Balken quadratischen Querschnitts unter Biegung
128
3.4.7 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Biegung
130
3.4.8 Platte unter Biegung
133
3.4.9 Kragarm unter Biegung
135
3.4.10 Balken quadratischen Querschnitts unter Eigengewicht
138
3.4.11 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Eigengewicht
140
3.4.12 Platte unter Eigengewicht
143
3.4.13 Kragarm unter Eigengewicht
146
3.5 Ausnutzung der Versagensspannung bei definierter elastischer Verformung
148
3.5.1 Kreisscheibe unter Druckdifferenz
148
3.5.2 Wälzlager
151
3.5.3 Quetschdichtung
154
3.5.4 Elastisches Gelenk
156
3.6 Ausnutzung der elastischen Verformung bei Riss bekannter Länge – Stab unter Zugbeanspruchung
160
3.7 Ausnutzung der Versagensspannung bei definierter Masse und bei Riss bekannter Länge
163
3.7.1 Rohr unter Innendruck
163
3.7.2 Stab unter Zugbeanspruchung
165
3.7.3 Platte unter Zugbeanspruchung
168
3.7.4 Stab unter Torsion
171
3.7.5 Platte unter Biegung
174
3.7.6 Balken quadratischen Querschnitts unter Biegung
178
3.7.7 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Biegung
181
3.7.8 Kragarm unter Biegung
184
3.7.9 Balken quadratischen Querschnitts unter Eigengewicht
186
3.7.10 Balken kreisförmigen Querschnitts unter Eigengewicht
189
3.7.11 Platte unter Eigengewicht
192
3.7.12 Kragarm unter Eigengewicht
195
3.8 Ausnutzung der Versagensspannung bei zerstörungsfrei nachgewiesener „Rissfreiheit“ – Kugelbehälter unter Innendruck
198
3.9 Ausnutzung der Versagensspannung bei zerstörungsfrei nicht nachweisbarer „Rissfreiheit“ – Kugelbehälter unter Innendruck
202
3.10 Speicherung von Energie
206
3.10.1 Definierte elastische Verformungsenergiepro Volumeneinheit (Feder)
206
3.10.2 Definierte kinetische Energie pro Volumeneinheit (Schwungrad)
209
3.10.3 Definierte kinetische Energie pro Masseneinheit unter Ausnutzung der Versagensspannung (Schwungrad)
211
3.10.4 Maximale elastische Verformungsenergie pro Volumeneinheit bei Riss bekannter Länge (Feder)
214
3.11 Energieverlust – Definierte kinetische Energie pro Volumeneinheit (Feder)
216
3.12 Thermomechanisches Verhalten
219
3.12.1 Thermisch induzierte Dehnung
219
3.12.2 Thermoschockbeständigkeit
221
Quellen und weiterführende Literatur
228
Index
230
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