Titel: | Studien über die Beanspruchung und Formänderung kreisförmiger Platten. |
Autor: | Max Ensslin |
Fundstelle: | Band 319, Jahrgang 1904, S. 610 |
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Studien über die Beanspruchung und Formänderung
kreisförmiger Platten.
Von Dr. ing. Max Ensslin,
Stuttgart.
Studien über die Beanspruchung und Formänderung kreisförmiger
Platten.
Die Versuche über die Elastizität kreisförmiger Platten, welche in D. p. J.
1903, 318, 705, 721, 785 und 801 beschrieben worden sind,
haben die Theorie dieser Platten in ausreichendem Maasse bestätigt. Diese Arbeit
sollte einen Beitrag zu der Frage liefern, in welchem Grade die Entwicklungen der
allgemeinen Elastizitätstheorie für kreisförmige Platten mit dem Versuch
übereinstimmen. Sonderfälle mit bestimmter Belastung und Unterstützung wurden darin
nur insoweit behandelt, als sie sich zur Beantwortung der gestellten Frage als
brauchbar erwiesen.
Die vorliegende Arbeit ist ausschliesslich der Untersuchung von Sonderfällen voller und durchbrochener Kreisscheiben,
die in ganz bestimmter Weise belastet, gestützt und an den Rändern befestigt sind,
gewidmet; solchen steht der ausführende Ingenieur immer gegenüber; für ihn bedeutet
der Sonderfall fast alles, die allgemeine Lösung nur wenig; letztere erhält erst
dann Bedeutung, wenn sie zur Anwendung auf die technisch wichtigen Sonderfälle
gebrauchsfertig ausgestaltet ist. Die Gründe hierfür sind ja bekannt. Der Ingenieur
ist mit Konstruktion, Ausführung und Betrieb vollauf beschäftigt. Zur Ableitung
allgemeiner Lösungen hat er keine Zeit, nicht einmal zur Spezialisierung vorhandener
Lösungen für die Zwecke seiner besonderen Aufgaben. Auch liegen Arbeiten, deren
Durchführung hauptsächlich wissenschaftlicher Art ist, der Ingenieurtätigkeit
ferne.
Nun scheint die allgemeine Theorie kreisförmiger Scheiben einerseits sicher genug
begründet und experimentell bestätigt zu sein, andererseits stellt sie über die
technisch wichtigen Aufgaben Aufschlüsse in Aussicht, die dem Ingenieur bei der
Ausführung von Nutzen zu werden vermögen, so dass es sich verlohnen dürfte, dieses
Gebiet dem Ingenieur zugänglich zu machen und das Haupthindernis, das hier im Wege
steht, zu beseitigen: langwierige Vorarbeit. Was sich auf Grund der allgemeinen
Elastizitätstheorie über die Beanspruchung (und Formänderung) kreisförmiger Platten
aussagen lässt, dies dem Ingenieur vorzuführen, zu
veranschaulichen, war meine Absicht. Ich war bemüht, den Stoff so
darzustellen, dass man sich leicht zurechtfinden kann. Vollständigkeit in der
Behandlung der grundsätzlich wichtigen Einzelfälle wurde angestrebt; die nachher
gegebene Uebersicht über den behandelten Stoff lässt dies erkennen.
Die Figuren geben sofort Auskunft über die Art der Belastung, Befestigung und
Unterstützung der Platte. Ich habe es nicht dabei bewenden lassen, die Gleichungen
für die Beanspruchung und Formänderung in den Einzelfällen mit allgemeinen
Zahlsymbolen anzugeben, stets sind Zahlenbeispiele für die Beanspruchung
ausgerechnet und überdies ist die Spannungsverteilung an der
Plattenoberflächebildlich dargestellt worden, so dass rasch eine Anschauung von
dem Anstrengungszustand gewonnen und der Einfluss der Befestigungsweise des
Plattenrandes – freies Aufliegen, vollkommene Einspannung, Uebergang vom einen zum
andern – verfolgt werden kann.
Gerade der Zwischenzustand zwischen Freiaufliegen und vollkommener Einspannung des
Plattenrandes kommt häufig vor und es ist zum Teil äusserst schwierig, zum Teil
zurzeit unmöglich, den Zusammenhang zwischen Platte und den sich anschliessenden
Konstruktionsteilen – die Nachgiebigkeit der Verbindung – in mathematische Form zu
fassen. Bei dieser Sachlage ist es von Wert, wenigstens die Grenzfälle zu kennen und
sich dann ein ungefähres Bild von dem Zwischenzustand machen zu können.
Die Untersuchung erstreckt sich auf volle und durchbrochene Scheiben, letztere mit zentral
ausgeschnittener Kreisöffnung. Als Belastung ist entweder eine konzentrierte Last,
die auf dem Umfang eines Kreises um die Plattenmitte gleichmässig verteilt ist, oder
eine gleichmässige Oberflächenbelastung (Flüssigkeitspressung, Eigengewicht oder
Massenkräfte senkrecht zur Plattenoberfläche), oder gleichmässig über den
Plattenumfang verteilte Biegungsmomente angenommen. Die Plattendicke ist als gleich
gross vorausgesetzt.
In der Literatur findet man wohl in allen Werken über Elastizität die Berechnung der
vollen, gleichmässig belasteten Scheibe mit frei
aufliegendem oder vollkommen eingespanntem Rand angegeben. Auch die volle Scheibe mit einer Einzellast in der Mitte ist in
mehr oder weniger strenger WeiseHierbei ist
die Belastung zum Teil in einem Punkt konzentriert (Grashof), oder über den Umfang eines kleinen Kreises verteilt
angenommen (St. Venant). Da ein punktförmiger
Lastangriff tatsächlich kaum vorkommt, so ist die unter dieser Annahme
abgeleitete Spannung nur als Näherungswert anzusehen. Weiteres hierüber
siehe D. p. J. 1903, 318, 787, Anm.
13). behandelt. Die zur Berechnung einer durchbrochenen kreisförmigen Platte erforderlichen allgemeinen Gleichungen
teilt St. Venant im Clebsch annoté mit, gibt auch
Anweisung, wie in besonderen Fällen vorzugehen ist. Die Differentialgleichung der
elastischen Mittelfläche hat – nebenbei bemerkt – für die volle und durchbrochene
Platte die gleiche Grundform. Auf technisch interessante Einzelfälle durchbrochener
Platten hat die allgemeine Lösung meines Wissens nur Grashof angewandt, der auf S. 343 seiner Theorie der Elastizität und
Festigkeit die Beanspruchung eines Zylinderdeckels mit Stopfbüchse und einer
gleichmässig belasteten Platte berechnet, deren äusserer und innerer Rand vollkommen
eingespannt ist, wobei der innere überdies als fest verankert angesehen wird.
In der vorliegenden Arbeit sind, wie aus der weiter unten stehenden
Inhaltsübersicht hervorgeht, zuerst die einfachsten Fälle der Belastung. Befestigung
und Unterstützung – wie ich glaube – erschöpfend behandelt. Zusammengesetzte
Belastungsfälle können leicht auf diese grundlegenden Einzelfälle zurückgeführt
werden, was am Schluss an einigen der Technik entnommenen Beispielen erläutert
ist.
Inhaltsübersicht.
A. Konzentrierte Belastung.
(Die Belastung ist gleichmässig über den Umfang eines Kreises um
die Plattenmitte verteilt).
a) Volle Scheibe:1. am Rande frei aufliegend,2. am Rande eingespannt.
b) Gelochte Scheibe:1. am inneren oder äusseren Rand aufliegend, beide
Ränder frei beweglich,2. am äusseren Rand eingespannt, am inneren
frei,3. am inneren Rand eingespannt, am äusseren
frei,4. beide Ränder eingespannt.
B. Gleichmässige Oberflächenbelastung.
a) Volle Scheibe:1. am Rande frei aufliegend,2. am Rande eingespannt.
b) Gelochte Scheibe;I. am äusseren Rand gestützt1. beide Ränder frei beweglich,2. äusserer Rand eingespannt, innerer frei,3. innerer Rand eingespannt, äusserer frei,4. beide Ränder eingespannt.II. am inneren Rand gestützt sonst wie unter
I.
C. Belastung durch biegende Momente,
die gleichmässig über den inneren oder äusseren Umfang der Scheibe verteilt
sind.
Einfluss überstehenden Materials.
D. Technische Beispiele.
E. Allgemeine Bemerkungen.
Maasseinheiten. Lage des
Koordinatensystems. Bezeichnungen.
Die im Folgenden benützten Einheiten sind: kg und cm.
Die Platte ist so in ein rechtwinkliges Koordinatensystem hineingelegt gedacht, dass
die Normale in der Plattenmitte mit der z-Achse, die
Mittelfläche vor der Belastung mit der xy-Ebene
zusammenfällt. Es bedeutet:
x den Abstand eines Punktes der Meridianlinie der
deformierten Mittelfläche (Drehfläche) von der Plattenmitte,
z die Senkung dieses Punktes unter die xy-Ebene,
λ die Entfernung eines beliebigen Plattenpunkts von der
Mittelfläche, + bezw. –, wenn in Richtung der + bezw. – z-Achse gelegen.
Da von den Normalen auf der Mittelfläche angenommen wird, dass sie auch nach der
Deformation gerade und senkrecht zur elastischen Mittelfläche bleiben, so ist die
Lage eines Punktes durch x, y, λ ausreichend
bebestimmt.
h die als unveränderlich angenommene Plattenstärke,
m das Verhältnis Längsdehnung: Querzusammenziehung (m=\frac{10}{3} für Schmiedeisen und Stahl.)
Zu den Figuren.
Die Figuren für eine und dieselbe Belastungsweise – konzentrierte Last bezw.
gleichmässige Oberflächenbelastung – sind in gleichem
Maasstab gezeichnet (Spannungsmaasstäbe s. Fig. 1a und 14a), so
dass sie unter sich verglichen werden können. Der Einfluss der verschiedenen
Befestigungsweise ist an einer Platte von Ra = 28 cm äusserem und Ri = 14 cm innerem Halbmesser gezeigt,
welche Abmessungen bei allen Sonderfällen beibehalten sind.
Die Differentialgleichung der elastischen Mittelfläche bezw. ihres Meridians lässt
sich mit Hilfe der von Grashof gegebenen Gleichung für
die Schubspannung τy
(in Richtung der z-Achse wirkend und in einer
Zylinderfläche vom Halbmesser x gelegen) in folgender
Form schreiben:
S=2\,\pi\,x\,\frac{m^2}{m^2-1}\,\frac{1}{\alpha}\,\frac{h^3}{12}\,\left(\frac{d^3\,z}{dx^3}+\frac{1}{x}\,\frac{d^2\,z}{dx^2}-\frac{1}{x^2}\,\frac{dz}{dx}\right) . . I)
Hierin bedeutet S die Schubkraft in einer Schnittfläche,
welche mit einem konzentrischen Zylinder vom Halbmesser x senkrecht durch die Platte geführt ist.
Durch Einführung des Sonderwertes von S in den einzelnen
Belastungsfällen erhält man leicht die Differentialgleichung der elastischen
Mittelfläche für die betreffenden Einzelfälle.
A. Konzentrierte Belastung
(über den Umfang eines Kreises um die Plattenmitte gleichmässig
verteilt).
a) Volle Scheibe (Fig. 1).
Textabbildung Bd. 319, S. 610
Fig. 1a. Spannungsmaasstab zu den
Figuren 1 bis 11 und 27.
Eine volle Scheibe zerfällt durch den Auflagerkreis und den Belastungskreis in zwei
Zonen: eine äussere Ringzone und eine innere Zone. In der Ringzone ist die
Schubkraft S = P d.h. gleich der konzentrierten
Belastung. Die obenstehende Gleichung I) liefert durch Integration die schon in D.
p. J. 1903, 318, 785 benützten Gleichungen:
für die Durchbiegung im Abstand x von der
Plattenmitte:
z=\frac{b}{8}\,x^2\,(ln\,x^2-2)+\frac{c_1}{4}\,x^2+\frac{c_2}{2}\,ln\,x^2+c_3 . . . 1)
für die Neigung der Meridianlinie gegen die x-Achse im Abstand x
\frac{dz}{dx}-\frac{b}{4}\,x\,(ln\,x^2-1)+\frac{c_1}{2}\,x+\frac{c_2}{2} . . . . . . 2)
Radialspannung
\sigma_x=-\frac{m}{m-1}\,\frac{\lambda}{\alpha}\,\left[\frac{b}{4}\,\left(ln\,x^2+\frac{m-1}{m+1}\right)+\frac{c_1}{2}-\frac{m-1}{m+1}\,\frac{c_2}{x^2}\right]
Ringspannung:
\sigma_y=-\frac{m}{m-1}\,\frac{\lambda}{\alpha}\,\left[\frac{b}{4}\,\left(ln\,x^2-\frac{m-1}{m+1}\right)+\frac{c_1}{2}+\frac{m-1}{m+1}\,\frac{c_2}{x^2}\right] . 3)
Hierin bedeuten:
c1,
c2, c3
Integrationskonstante,
b=6\,\frac{m^2-1}{\pi\,m^2}\,\frac{P}{h^3}\,\alpha
In der inneren Zone zwischen x = 0 und x = Ri ist die
Schubkraft gleich Null; die Meridianlinie der elastischen Mittelfläche hat im
Scheitel, d.h. in der Plattenmitte (x = 0) eine zur x-Achse parallele Tangente, so dass daselbst
\frac{dz}{dx}=0. Damit liefert Gleichung I) die schon in D. p. J. 1903, 318, 785, benützten Gleichungen:
z=\frac{x^2-{R_i}^2}{2}\,c_4 . . . 4)
\frac{dz}{dx}=c_4\,\cdot\,x . . . 5)
\sigma_x=\sigma_y=-\frac{m}{m-1}\,\frac{\lambda}{\alpha}\,c_4 . . . 6)
1. Voile Scheibe am äusseren Umfang x =
Ra frei aufliegend (Fig. 1).
Wie in D. p. J. 1903, 318, 786, ausführlich hergeleitet
ist, erhält man im vorliegenden Fall:
c_1=-\frac{b}{2}\,\left[\frac{m-1}{m+1}\,\frac{{R_a}^2-{R_i}^2}{{R_a}^2}+ln\,{R_n}^2\right] . . . 7)
c_2=+\frac{b}{4}\,{R_i}^2 . . . 8)
c_4=-\frac{b}{4}\,\left[\frac{m-1}{m+1}\,\frac{{R_a}^2-{R_i}^2}{{R_a}^2}+ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}\right] . . . 9)
Biegungspfeil in der Plattenmitte:
z'=\frac{3}{4}\,\frac{m^2-1}{\pi\,m^2}\,\frac{P\,{R_a}^2}{h^3}\,\alpha\,\left[\frac{3\,m+1}{m+1}\,\left(1-\frac{{R_i}^2}{{R_i}^2}\right)-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}\,ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}\right] . . . 10)
Beispiel 1: Ra = 28 cm;
Ri = 1,5 cm;
\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=\frac{784}{2,25}=348,4; ln Ra2 =
6,657; ln Ri2 = 0,811; ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=5,846; m=\frac{10}{3}. Nach Gleichung
7) bis 9) erhält man c_1=-\frac{b}{2}\,\cdot\,7,202; c_2=-\frac{b}{4}\,\cdot\,2,25; c_4=-\frac{b}{4}\,\cdot\,6,391 und nach Gleichung 6):
Spannung an der Ober- und Unterfläche der inneren Zone:
\sigma_x=\sigma_y=\pm\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,6,391
Radialspannung in der Ringzone:
\sigma_x=\,mp\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,\left[ln\,x^2+0,538-7,202-0,538\,\frac{2,25}{x^2}\right]
Ringspannung in der Ringzone:
\sigma_y=\,mp\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,\left[ln\,x^2+0,538-7,202+0,538\,\frac{2,25}{x^2}\right]
Hieraus ergibt sich folgende Spannungsverteilung: Abstand von der Mitte:
x =
0
bis 1,5
7
14
21
28 cm
σx =
–6,4
–2,8
–1,38
–0,58
0
σs =
–6,4
–3,8
–2,35
–1,67
–1,08
mal \mp\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}
Die Spannungsverteilung ist in Fig. 2 durch die stark
ausgezogenen Kurven bildlich dargestellt. Die grössteSpannung tritt in der
mittleren Zone auf, innerhalb deren Radial- und Ringspannungen einander gleich sind
und konstanten Wert haben.
Textabbildung Bd. 319, S. 611
Fig. 2. Volle Scheibe mit konzentrierter Last, frei aufliegend in 2 π
Ra.
Im Nachfolgenden soll ein Bild davon gegeben werden. wie sich die Spannungsverteilung
ändert, wenn der Durchmesser 2 Ri des Belastungskreises grösser gemacht wird.
Beispiel 2: Ra = 28; Ri = 14;
\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}=\frac{196}{784}=\frac{1}{3,96}; 1-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}=0,748ln Ra2 = 6,657; ln Ri2 = 5,282;
ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=1,375; nach Gleichung 7) bis 9): c_1=-\frac{b}{2}\,7,065; c_2=\frac{b}{4}\,196; c_4=-\frac{b}{4}\,1,776.
Nach Gleichung 3): Abstand von der Mitte:
x = 0
bis 14
21
28 cm
σx =
1,776
0,688
0 mal ± \frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}
σy =
1,776
1,283
0,803 „ „
Die Spannungsverteilung ist in Fig. 1, und in Fig. 2 durch die strichpunktierten Linien bildlich
dargestellt.
Beispiels: Ra =
28; Ri = 21;
\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=\frac{784}{441}=1,78; 1-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}=0,439: ln Ri2 = 6,657; ln Ri2 = 6,082: ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=0,575; nach Gleichung 7) bis 9): c_1=-\frac{b}{2}\,\cdot\,6,893;
c_2=\frac{b}{4}\,\cdot\,441; c_4=-\frac{b}{4}\,0,812. Spannungsverteilung nach Gleichung 3):
x =
0 bis 21
28 cm
σx =
0,812
0 mal ± \frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}
σy =
0,812
0,472 „ „
Die Spannungsverteilung ist in den schwach ausgezogenen Linienzügen, Fig. 2, abgebildet.
Der Vergleich der drei Linienzüge in Fig. 2 zeigt,
wie rasch die grösste in der Platte auftretende Spannung abnimmt, wenn der
Belastungskreis, über dessen Umfang P gleichmässig
verteilt ist, vergrössert wird. Gleichzeitig sieht man, dass die Spannungsverteilung
um so gleichmässiger wird, je grösser der Belastungskreis im Verhältnis zum
Auflagerkreis ist.
2) Volle Scheibe am äusseren Umfang x= Ra eingespannt. (Fig. 3).
Textabbildung Bd. 319, S. 612
Fig. 3.
Die im vorigen Fall giltigen Grenzbedingungen bleiben dieselben, nur ist jetzt nicht
mehr die Radialspannung σx = 0 in x = Ra, vielmehr besitzt jetzt die
Meridianlinie der Mittelfläche am äusseren Umfang eine zur xy-Ebene parallele Tangente, es ist also in Gleichung 2): \frac{dz}{dx}=0 für
x = Ra. Damit
erhält man aus Gleichung 1) bis 6):
c_1=-\frac{b}{2}\,\left[ln\,{R_a}^2-\frac{{R_a}^2-{R_i}^2}{{R_a}^2}\right] . . . . . 11)
c_2=+\frac{b}{4}\,{R_i}^2 . . . . . 12)
c_4=-\frac{b}{4}\,\left[ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}\,\frac{{R_a}^2-{R_i}^2}{{R_a}^2}\right] . . . . . 13)
Biegungspfeil in der Plattenmitte:
z'=\frac{3}{4}\,\frac{m^2-1}{\pi\,m^2}\,\frac{P\,{R_a}^2}{h^3}\,\alpha\,\left[\left(1-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}\right)-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}\,ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}\right]. 14)
Beispiel: Ra = 28 cm;
Ri = 1,5;
1-\frac{{R_i}^2}{{R_a}^2}=1-\frac{2,25}{784}=1-\frac{1}{348,4}=1; ln Ra2 = 6,657; ln Ri = 9,811; ln\,\frac{{R_a}^2}{{R_i}^2}=5,846. Nach Gleichung 11) bis 13)
wird: c_1=-\frac{b}{2}\,5,667;
c_2=+\frac{b}{4}\,\cdot\,2,25; c_4=-\frac{b}{4}\,4,846; nach Gleichung 6) und 3) wird:
Spannung an der Ober- und Unterfläche der inneren
Zone:
\sigma_x=\sigma_y=\pm\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,4,846
Radialspannung in der Ringzone:
\sigma_x=\mp\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,\left[ln\,x^2+0,538-5,657-0,538\,\frac{2,25}{x^2}\right]
Ringspannung in der Ringzone:
\sigma_y=\mp\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}\,\left[ln\,x^2-0,538-5,657+0,538\,\frac{2,25}{x^2}\right]
Hieraus berechnet sich folgende Spannungsverteilung: Abstand von der Mitte:
x =
0 bis 1,5
7
14
21
28 cm
σx =
+ 4,847
+ 1,257
– 0,157
– 0,959
– 1,540
σy =
+ 4,847
+ 2,283
+ 0,907
+ 0,110
– 0,464
\mbox{mal}\,\pm\,\frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,\cdot\,m}\,\frac{P}{h^2}
Die Spannungsverteilung ist durch, die Linien b in Fig. 4 veranschaulicht. Die grösste Spannung tritt in
der mittleren Zone auf; Radial- und Ringspannungen sind daselbst gleich gross und
konstant.
Zum Vergleich zwischen der Spannungsverteilung bei vollkommener Einspannung mit
derjenigen bei Freiaufliegen ist in den Linienzügen a
Fig. 4 noch die Spannungs-Verteilung bei
Freiaufliegen dargestellt. Wie man sieht, wird durch den Uebergang vom Zustand des
Freiaufliegens in denjenigen der vollkommenen Einspannung die grösste Spannung in
der Plattenmitte vermindert; der Linienzug b erscheint
gegen den Linienzug a parallel verschoben. Leicht kann
man sich nun auch das Spannungsbild vorstellen, wenn der Plattenrand weder
vollkommen eingespannt ist noch ganz frei aufliegt, sondern sich in einem
Zwischenzustand befindet. Die Linie, welche den Spannungszustand darstellt, verläuft
dann äquidistant zu einer der Kurven a oder b, und zwar näher bei a
oder b, je nachdem die Platte mehr als frei aufliegend
oder als vollkommen eingespannt anzusehen ist.
Textabbildung Bd. 319, S. 612
Fig. 4. Volle Scheibe (Ra = 28, Ri 1,5) mit konzentrierter Last.
a) am Umfang- frei aufliegend; b) „
„ eingespannt.
Man erinnert sich an dieser Stelle, dass die Verhältnisse bei einem geraden auf
Biegung beanspruchten Stab genau ebenso liegen, wenn er symmetrisch durch zwei
Einzelkräfte belastet ist und an beiden Enden frei aufliegt oder vollkommen
eingespannt ist, oder sich in einem Zwischenzustand befindet. Eine ausführliche
Beschreibung hiervon findet man, wenigstens für den Fall gleichmässiger Belastung,
in C. Bach, Elastizität und Festigkeit IV. Auflage,
Seite 465.
Beispiel: Ra = 28, Ri = 14. Nach Gleichung
11) bis 13) ist: c_1=-\frac{b}{2}\,5,909; c_2=+\frac{b}{4}\,\cdot\,196 und c_4=-\frac{b}{4}\,\cdot\,0,627, womit Gleichung 3)
liefert:
x =
0 bis 14
21
28 cm von der Mitte
σx =
+ 0,627
– 0,472
– 1,151 mal ± \frac{3}{4}\,\frac{m+1}{\pi\,m}\,\frac{P}{h^2}
σy =
+ 0,627
+ 0,126
– 0,345 „ „
Die Spannungsverteilung ist in Fig. 3 abgebildet. Die
grösste Spannung – eine Radialspannung – tritt am äusseren Umfang auf.
Ueber den Ort der grössten Beanspruchung und dessen Abhängigkeit von dem Verhältnis
der Durchmesser des Belastungs- und Auflagerkreises ist zufolge Fig. 3 und 4
folgendes zu bemerken:
Bei verhältnismässig grossem Belastungskreis findet die grösste Beanspruchung am
äusseren Umfang der Scheibe durch Radialspannungen statt. Dies gilt, solange Ra : Ri < 3,13; wird
dagegen Ra > 3,13 Ri,
so ist die grösste Spannung in der mittleren Zone zu suchen, in der die Radial- und
Ringspannungen gleich gross sind.
Bei einer vollkommen eingespannten Platte mit konzentrierter Belastung nach Fig. 3 ist hiernach die Lage der am meisten
beanspruchten Stelle, nicht nur die Grösse der Spannung, von dem Verhältnis Ra : Ri des Auflager- und
Belastungskreises abhängig.
(Fortsetzung folgt.)