Gelöste Aufgaben/Hko8

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Aufgabenstellung

Lageplan

Drei Stäbe 1, 2 und 3 werden in Punkt A verbunden. Aufgrund einer Fertigungstoleranz ist Stab 3 um zu kurz. Gesucht ist die Verschiebung des Punktes A nach dem Einhängen von Stab 3 sowie die Spannungen in den Stäben. Die drei Stäbe haben die Querschnittsfächen

A1;A2=2A1,A3=A1

und die Abmessungen

h,Δ,α=30

Alle Stäbe sind aus dem gleichen Material mit E-Modul E:

Lösung mit Maxima

... nach dem Prinzip vom Minimum der potentiellen Energie:

  • "Das System ist im Gleichgewicht, wenn die Potentielle Energie des Systems ein Minimum hat."

tmp

Header

Wir arbeiten mit wxMaxima 15.08.2.


/*******************************************************/
/* MAXIMA script                                       */
/* version: wxMaxima 15.08.2                           */
/* author: Andreas Baumgart                            */
/* last updated: 2017-02-28                            */
/* ref: Mathe 2                                        */
/* description: Dehnstäbe verspannt eingebaut          */
/*                                                     */
/*******************************************************/




tmp

a=tan(α)h,α=π6,A3=A1,A2=2A1

Declarations

Parameter


1+1




tmp

Freischnitt: Knoten A

Aus dem Satz des Pythagoras kommt:

(Δ1+l1)2=(hv)2+(au)2(Δ3+l3)2=(hΔv)2+u2(Δ2+l2)2=(hv)2+(a+u)2

Kinematics

Text


1+1




Die Stab-Längung linearisieren wir bezüglich der Koordinaten u, v und erhalten

Dehnungen:

ε1=3(u+3v)4h,ε2=3(u3v)4h,ε3=v+Δ+...hΔ

Spannungen:

σ1=3(u+3v)E4h,σ2=3(u3v)E4h,σ3=(v+Δ+...)EhΔ

tmp

Linearize for small deflections

Text


1+1




tmp

U hat ein Minimum (Extremwert), wenn

dUdu=!0 und dUdv=!0

wobei die Potentielle Energie im System

U=i=13Ui mit Ui=i12σiεidx

ist und damit

U=3A1(u+3v)2E8h+3A1(u3v)2E4h+A1(v+Δ+...)2Eh.===Equilibrium Conditions=== Text


1+1




tmp

Auflösen des Gleichungssystems liefert:

u=336Δ,v=312Δ

Die Stab-Kräfte erhalten wir entsprechend zu

S1=(31)A1E2hΔ,S2=(31)A1E2hΔ,S3=(33)A1E2hΔ.===Solving=== Text


1+1




Das Potential können wir über u,v plotten - die Gleichgewichtsbeziehung ist im Minimum der Fläche.

tmp

Potential U(u,v).

Post-Processing

Text


1+1





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