Arbeitsblatt Mohrscher Spannungskreis & Spannungstransformation mit Lösungen

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1.Leicht
τxy​ = 20MPareiner Schub

Ein Punkt an der Oberfläche einer tordierten Welle steht unter reinem Schub mit τₓᵧ = 20 MPa (σₓ = σᵧ = 0). Bestimme die Normalspannung σθ in einem Schnitt, dessen Normale um 15° gegen den Uhrzeigersinn aus der x-Achse gedreht ist.

τxy = 20 MPaθ = 15°
σθ = MPa
2.Leicht
σx​ = −60σy​ = −40τxy​MPa

In einem Punkt gilt σₓ = −60 MPa und σᵧ = −40 MPa, dazu eine gewisse Schubspannung. An einem um 40° gedrehten Element beträgt die Normalspannung in der gedrehten x′-Richtung −71,4 MPa. Bestimme die Normalspannung σy′ in der gedrehten y′-Richtung.

σx = −60 MPaσy = −40 MPaσx′ = −71,4 MPaθ = 40°
σy′ = MPa
3.Mittel
σx​ = 100σy​ = 90τxy​ = 30MPa

Ein Punkt in einer dünnen Platte steht unter ebenem Spannungszustand: σₓ = 100 MPa, σᵧ = 90 MPa und τₓᵧ = 30 MPa, mit σz = 0. Bestimme die absolut größte Schubspannung τabs im Punkt (unter Berücksichtigung aller Ebenen im Raum).

σx = 100 MPaσy = 90 MPaτxy = 30 MPaσz = 0
τabs = MPa
4.Mittel
σx​ = 60σy​ = 90MPaτxy​ = ?

In einem Punkt gilt σₓ = 60 MPa und σᵧ = 90 MPa. Wie groß darf die Schubspannung τxy (Betrag) werden, bevor die größte Hauptspannung 130 MPa erreicht?

σx = 60 MPaσy = 90 MPaσ1 = 130 MPa
τxy = MPa
5.Schwer
σx​ = −70σy​ = 90τxy​ = 60MPa

Ein Punkt in einer dünnen Platte steht unter ebenem Spannungszustand: σₓ = −70 MPa, σᵧ = 90 MPa und τₓᵧ = 60 MPa (σz = 0). Bestimme die Vergleichsspannung nach von Mises σvM.

σx = −70 MPaσy = 90 MPaτxy = 60 MPa
σvM = MPa
6.Schwer
σx​ = 80σy​ = −20τxy​ = −30MPa

An einem Punkt eines belasteten Bauteils gilt σₓ = 80 MPa, σᵧ = −20 MPa und τₓᵧ = −30 MPa (Zug positiv). Bestimme die Schubspannung τθ in einem Schnitt, dessen Normale um 30° gegen den Uhrzeigersinn aus der x-Achse gedreht ist (positiv im selben Sinn wie τₓᵧ).

σx = 80 MPaσy = −20 MPaτxy = −30 MPaθ = 30°
τθ = MPa

Lösungsschlüssel

  1. 1. σθ = 10 MPa
  2. 2. σy′ = −28,6 MPa
  3. 3. τabs = 62,71 MPa
  4. 4. τxy = 52,92 MPa
  5. 5. σvM = 173,5 MPa
  6. 6. τθ = −58,3 MPa

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