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Lösungen zur Technischen Mechanik - Statik - Ausgabe 2016

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Lösungen

zur

Technischen Mechanik

- Statik -

Ausgabe 2016

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Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1

→: FRx = F1 cos 30° - F2 cos 45° - F3 cos 60° + F4 cos 30° = 286 N ↑ : FRy = F1 sin 30° + F2 sin 45° - F3 sin 60° - F4 sin 30° = - 276 N

F F F N

FF

FF

R Rx Ry

Ry

Rx

Rx

R

= + =

= = − = =

2 2 397

0 9657 0 7194tan cosR Rα α, , ,

αR = 316° Lösung 2.1.2

→: FRx = F1 cos 30° - F3 cos 60° - F4 = - 684 N ↑ : FRy = - F1 sin 30° - F2 - F3 sin 60° = - 2299 N

F F F N

FF

FF

R Rx Ry

Ry

Rx

Rx

R

= + =

= = = = −

2 2 2399

3 361 0 2851tan cosR Rα α, , , ,

αR = 253,4° Lösung 2.1.3

Ermittlung der αi aus tan iα =−−

y yx x

i

i

5

5 (unter Beachtung

des Lageplans) erforderlich! →: FRx = F1 cos 45° + F2 cos 80,6° - F3 cos 59° - F4 cos 11,3° = - 52,4 N ↑ : FRy = F1 sin 45° + F2 sin 80,6° + F3 sin 59° -F4 sin 11,3° = 86,5 N

F F F N

FF

FF

R Rx Ry

Ry

Rx

Rx

R

= + =

= = − = = −

2 2 101

1 65 0 518tan cosR Rα α, , , ,

αR = 121°

x

y

F1F2

F3

F4

α3

α2

α4

α1

x

y

F1F2F3

F4

30°60°

x

y

P1

P2

P3

P4

P5

F1

F2

F3

F4

5 5

5

5

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Lösung 2.1.4

→: FHx + F1 + F2 cos 45° + F4 - F5 cos 30°- F6 cos 60° -F8 cos 45° = 0 ↑ : FHy + F2 sin 45° - F3 - F5 sin 30° - F6 sin 60° + F7 + F8 sin 45° = 0 FHx = 3360 N, FHy = - 674 N

F F F N

FF

FF

H Hx Hy

Hy

Hx

Hx

H

= + =

= = − = =

2 2 3427

0 2006 0 9804tan cosH Hα α, , , ,

αH = 348,7° Lösung 2.1.5

FRx = 0 : F1 sin α1 - F2 sin α2 = 0 ( 1 ) FRy = FR : F1 cos α1 + F2 cos α2 = FR ( 2 )

a.) aus ( 1 ) : sin sin 2α α α12

11

70005000

0 5 0 7 44 4= = ⋅ = = °FF

, , ,

aus ( 2 ) : F Ncos44,4R = ° °5000 +7000Ncos30 = 9635N b.) Elimination von α2 durch :

F FF F F

quadrieren und addierenR

1 2

1 2

sin sincos cos

1 2

1 2

α α

α α

=

− = −

: F F F F FR R12

12

222 0− ⋅ + − =cos 1α

[ ]F N F F N

FF

R11 12

12

2

7452 120812084000

0 5 0 151 8 7

= > =

= = ⋅ = = °

,

, , ,sin sin2 1 2α α α

c.)

( ) ( )

°=====

==+−

−==

+−=

60866,0sinsin2500sin

4330coscosF22cos220

cosF2

212

1212

11211

21

11

1

2

21

211

2112

αααα

αα

α∂∂

α

FFNFF

NFFFFF

FFFF

FFFFF

R

RRR

R

RR

Lösung 2.1.6

→: Fg1cosαg1 + Fg2cosαg2 + F1cosα1 - F2cosα2 - F3cosα3 + F4sinα4 = 0 ↑ : - Fg1sinαg1 + Fg2sinαg2 + F1sinα1 + F2sinα2 - F3sinα3 - F4cosα4 = 0 Lösung: Fg1 = -3694 N

Fg2 = 2658 N

x

y

F1

F2

F3F4

F5F6

F7

F8

45°

45°30°

30°

F1F2

FR

α1α2

x

y

x

y

Fg1

Fg2

αg1αg2

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Lösung 2.1.7 FRx = F1cosα1 + F2cosα2 - F3sinα3 - F4cosα4 - F5cosα5 FRy = F1sinα1 - F2sinα2 - F3cosα3 - F4sinα4 + F5sinα5 FRx = 44,1N + 84,9N - 53,3N - 49,4N - 26,3N = 0 FRy = 121,2N - 49,0N - 53,3N - 28,5N + 9,6N = 0, d.h. FR = 0; Gleichgewicht Lösung 2.1.8

→: -FS1cosα1 + FS2cosα2 = 0 F FS

S2

1=cos

cos1

2

αα

↑ : FS1sinα1 + FS2sinα2 - mg = 0 FS1(sinα1 + tanα2 cosα1) = mg

cos

tan

α α

α α

1 1

2

2 2

2

44 5

0 8889 27 3

4 0626

0 677 34 1

= = = = °

=+ −

−= = = °

bl

a l bc b

,, ,

, , ,

Ergebnis: FS1 = 277N, FS2 = 297N Lösung 2.1.9

Es gilt: ( ) ( )F r h F r r hG⋅ − ≥ − −2 2 oder für die Grenzlage: F = FG cot α

( )cotα =

− −−

=−

r r hr h

also

F F rh hr hG

2 2

22

Lösung 2.1.10

Gleichgewicht für die ausgelenkte Lage: →: -FS sinϕ + FZ = 0 ↑ : FS cosϕ - FG = 0

Elimination von ϕ: [ ][ ]F F

F F

S Z

S G

sin

cos

ϕ

ϕ

2 2

2 2

=

=+ , also F F FS Z G= +2 2 =20590 N

ferner: ( )h l FF

FF F

G

S

G

Z G

= − = =+

12 2

cos cosϕ ϕ h l FF F

cmG

Z G

= −+

=1 75 5

2 2,

FS1FS2

FG = mgK

α1 α2

GrenzlinieF

FGFR r - h

( )r r h2 2− −

α

FG

FZ

FS ϕ

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Lösung 2.1.11

← : FS1 cos α1 + FS2 cos α2 = FS cos αS ↑ : FAB = FS1 sin α1 + FS2 sin α2 + FS sin αS

tan sin cosα α α αS S S Shl

= = = = = °34

35

45

36 9,

( )F kN kNS = ⋅ + ⋅ =54

4 0 9962 8 0 9063 14 044, , , FAB = 12,156 kN

Lösung 2.1.12 Fall a: Gleichgewicht am freigeschnittenen Knoten K

→: -FS1 cosα - FS2 = 0 ↑ : FS1 sinα - FG = 0 FG = mg

ααα

-mgcot=cos;sin 121 SSS FFmgF −==

Fall b: Bilden von

r r rF F FR H G= + und Verschieben des Angriffspunktes von

rFR auf der Wir-

kungslinie nach K →: -FS1 cosα - FS2 - FH = 0 ↑ : FS1 sinα - FG = 0

( ) ( )HSHSS FFFFmgF ++−== ααα

mgcot-=cos;sin 121

Lösung 2.1.13

← : FS1 cos 45° - FN cos 60° - m2g = 0 ↑ : FS1 sin 45° + FN sin 60° - m1g = 0

( )

( ) ( ) NgmmFNgmmF

gmmFgmFF

gmFF

SN

N

NS

NS

4303132215

312

231

23

22

21

22

211

21

21

11

21

=++

==+−

=

−=+

=+

=−

B

FSFAB

FS1

FS2

αS

α1

α2

6m

8m

10m

αS

K

FG

FS1

FS2

α

mg

FH

FR

K

FS1

FS2mg

FH

FS1

FNm1g

m2g45°

30°

M

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Lösung 2.1.14

← : FS1 cos α1 - FS2 cos α2 - F2 = 0 sinα1 + ↑ :- FS1 sin α1 - FS2 sin α2 - F1 = 0 cosα1 - FS2 (sinα1cos α2+ cos α1 sin α2)- F2 sinα1- F1 cosα1=0

F F F F F F

d h d h

S S22 1 1 1

1 2 1 21

2 2 1 2

1 2 1 2

1 1 2 22 81 3

65 1 2 81 7

58 7

= −++

=−+

= = ° = = °

sin coscos sin sin cos

sin coscos sin sin cos

tan tan

α αα α α α

α αα α α α

α α α α,,

; . . , ,,

; . . ,

FS2 = -18913N FS1 = 12312N 2.2 Das allgemeine ebene Kraftsystem Lösung 2.2.1

← : FS1 - FS2 cos 60° -FS3 = 0 ↑ : FS2 sin 60° - FG = 0 A : - FG a + FS3 a = 0

Ergebnis: F F N F F N F F NS G S G S G1 2 33 1

31577 2

31155 1000=

+= = = = =, ,

Lösung 2.2.2

↑: FS2 - FG - F2 = 0 A: FS3 2r + FG r + F2 2r - F1 r = 0 B: FS1 2r + FG r + F2 2r + F1 r = 0

Ergebnis: F F F F N F F F N F F F F NS

GS G S

G1

1 22 2 3

1 222

3500 2500 22

500= −+ +

= − = + = =− −

= −, ,

F1

F2

FS1 FS2

α1 α2

a

aFG

FS1

FS2

FS3

A S

F2

F1 FG

FS1 FS2

FS3

A

Sr

B

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Lösung 2.2.3

FRx = ΣFix = F1cos60° + F2cos60° - F3cos60° + F4cos60° = 2Fcos60° = F FRy = ΣFiy = F1sin60° - F2sin60° - F3sin60° - F4sin60° = -2Fsin60° =−F 3 F F F F F F

FF

R Rx Ry

RRy

RxR

= + = + =

= = − ° = °

2 2 2 23 2

60 300tan tanα α

M M F r F r Fr

M M Fr

Fr

F r Fr

M M F r F r F r F r Fr

A iA

B iB

i

= = − − = −

= = − − + = −

= = − − − + = −

2 3

1 3 4

0 0 1 2 3 4

3 3 3 3

23

23 3 3

23

23

23

23 2 3

Lösung 2.2.4 Schnittskizze:

A: F(r3 - r2sin60°) - FS1(r1 + r2) = 0 B: F(r3 + r2sin60°) - FS2(r1 + r2) = 0 C: Fr3 - FS3(r1 + r2) = 0 Lösung: FS1 = 8,9kN; FS2 = 55,1kN; FS3 = 32kN

Lösung 2.2.5

← : FS1 - FS2 cos 60° -FS3 cos 60°- Fcos 60° = 0 ↑ : FS2 sin 60°- FS3 sin 60°+ Fsin 60° - FG = 0

0 : - F a - FS3 a sin60°- FG .a2 = 0

Lösung:

F F F

F F F F

F F F F

S

SG

SG

1

2

3

23

116

2 33

1 87

23

1 45

= − = −

= −+ −

= −

= −+

= −

,

( ) ,

,

x

yF1

F2

F3F4

0A

B

r

r1r2

r3

A

B

CFS1

FS2

FS3

F

r2sin60°

r2sin60°60°

F

FGFS1

FS2

FS30

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Lösung 2.2.6

← : FS2 cos 60° - FS3 cos 45° = 0 ↑ : FS1 + FS2 sin 60° + FS3 sin 45° - FG = 0 0 : 6FS2a sin60°+ 8FS2a cos60°-FG . 4a = 0 Lösung: FS1 = 0,406FG = 1623N FS2 = 0,435FG = 1740N FS3 = 0,308FG = 1230N

Lösung 2.2.7

← : F + FS1 cos 60° - FS3 cos 45° = 0 ↑ : - FS2 - FS1 sin 60° - FS3 sin 45° - FG = 0 0 : 2FS1a sin60° - FS1a cos60° + FG a = 0 Lösung: FS1 = - 812 N....Druckstab

FS2 = - 891 N....Druckstab FS3 = 840 N....Zugstab Lösung 2.2.8

← : -FS2 cos 30° -FS3 cos 45° = 0 ↑ : FS1 + FS2 sin 30°- FS3 sin 45° - FG = 0

0 : 2FS2a sin30°- 67

FG a = 0

Lösung: FS1 = - 0,59FG... Druckstab FS2 = 1,17FG... Zugstab

FS3 = -1,43FG... Druckstab Lösung 2.2.9

← : -FS3 cos 60° -FS2 cos 45° = 0 ↑ : -FS1 + FS3 sin 60°- FS2 sin 45° - mg = 0 0 : 6FS3a sin60° + 3FS3a cos60° - 3mga + M1 - M2 = 0 Lösung: FS1 = -160,5N... Druckstab FS2 = 32,3N... Zugstab FS3 = - 45,7N... Druckstab

FS1 FS2

0

FG

FS3

8a

S

0F

FG

FS1 FS2

FS3

S

0

FG

FS1

FS2

FS3

S

0

mgFS1 FS2

FS3

M1

M2

3a

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3.1 Lagerreaktionen ebener Tragwerke Lösung 3.1.1

→ : FAH - F1 cos60° = 0 ↑ : FAV - F1 sin60° + FB - F2 = 0 A : -F1 sin60° . a + FB

. 2a - F2 . 3a = 0

Ergebnis:

F F F N

F F N

F F F N

B

AH

AV

= +

=

= =

= −

=

12

32

3 2365

12

1000

12

32

365

1 2

1

1 2

Lösung 3.1.2

→ : FAH - F cosα = 0 ↑ : -FAV - F sinα + FC = 0 A : -F sinα .

3a + FC . 2a = 0

Ergebnis:

F Fsin F kN

F Fcos F kN

F Fsin F kN

C

AH

AV

= = =

= = =

= = =

32

34

3 39

12

15

12

34

13

α

α

α

Lösung 3.1.3

→ : -FAH + FC cos45° = 0 ↑ : -FAV + FC sin45° - F = 0

A : FC sin45° . 2a - F . 3a = 0

Ergebnis: F F kN F F kN F F kNC AH AV= = = = = =32

2 106 32

75 12

25

FAH

FAV FB

F2F1 sin60°

F1 cos60°

FC

FAHFAV F sinα

F cosα

FFAHFAV FC sin45°

FC cos45°

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Lösung 3.1.4

→ : FAH = 0 ↑ : FAV + FB - F - F - F - 3qa = 0

A : F . 2a +3qa . a2 - F . 2a + FB . 3a - F . 4a = 0

Ergebnis: F F F qa F F F F qa F FAH B AV= = − = = = + = =0 43

12

56

0 833 53

72

316

5 17, ,

Lösung 3.1.5

→ : FAH = 0 ↑ : FAV + FB - 2F - qa = 0

A : F a + qa . a2 + FB . 2a - 2F . 3a = 0

Ergebnis: F F F qa F qa kN F F qa kNB AV= − −

= − = = − + =12

6 12

52

14

21 12

54

15

Lösung 3.1.6

→ : FAH = 0 ↑ : FAV - F - qa = 0

A : F a + qa . a2 -MA = 0

Ergebnis: F F F qa N M Fa qa NmAH AV A= = + = = + =0 5000 12

52502

Lösung 3.1.7

→ : FAH = 0

↑ : FAV + FB - q0 .a2 - q0a = 0

A : q a a q a a F aB

002 3

23

2 0⋅ − ⋅ + ⋅ =

Ergebnis: F F q a F q aAH AV B= = =0 54

140 0

F FF3qa

FBFAH FAV

a2

2F

Faqa

FBFAH FAV

a2

Fqa

MA

FAH

FAVa2

23aq a0

2

q0 a

FBFAH FAV

a3

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Lösung 3.1.8

→ : FBH - F = 0 ↑ : FA + FBV - 2q0a - 3q0a = 0

A : F a q a a q a a F aBV⋅ + ⋅ − ⋅ + ⋅ =2 3 32

2 43

4 00 0

Ergebnis: F F N F F q a N F F q a NBH AV BV= = = + = = − +

= −2002

13124

645 82

1124

145 80 0, ,

Lösung 3.1.9

→ : FBH - Fcos45° = 0 ↑ : FA + FBV - Fsin45° - 3qa = 0

B : 032

3345sin 0 =⋅−⋅+⋅°− aFaaqaF A

Ergebnis: NFqaFNFFNFqaF BVBHA 92143

22233535

223322

62

23

=+====−=

Lösung 3.1.10

→ : -FAH + 2q0a - F = 0 ↑ : FAV + FB - F- 2q0a = 0

A : − ⋅ − ⋅ + ⋅ + ⋅ =2 23

2 2 2 00 0q a a q a a F a F aB

Ergebnis:

F q a F F

F q a F F

F q a F q a F q a F F

B

AH

AV

= − =

= − =

= + − + = + =

53

23

2

2 53

13

2 73

0

0

0 0 0

Lösung 3.1.11

→ : - FAH + F3 = 0 ↑ : FAV + FB - F1 - F2 = 0 A : -F1 a - F2 3a + F3 a + FB 4a = 0

Ergebnis:

[ ] [ ]F F F F N F F N F F F F NB AH AV= + − = = = = + + =14

3 1000 4000 14

3 30001 2 3 3 1 2 3

32a

2q0a

FBV

FBHFA

43aF 3q0a

3qa

FBV32a FBHFA

Fsin45°Fcos45°

23a

2 0q a

2q0 a

FB

FAHFAV

a

F F

F3

FB

FAH

FAV

F2F1

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Lösung 3.1.12

→ : FAH + 3F - FB sin30° = 0 ↑ : FAV + FB cos30° - 2F - 4F = 0 A : FB cos30° . 4a + FBsin30° . 2a - 2F . a - 3F . a - 4F . 3a = 0 Ergebnis: FB = 3,82F; FAH = - 1,09F; FAV = 2,7F

Lösung 3.1.13

→ : FAH - F1 = 0 FAH = F1 ↑ : FAV - F2 = 0 FAV = F2 A : -F1 a + F2 3a - M - MA = 0 MA = (3F2 -F1)a - M

Lösung 3.1.14

→ : -FAH + F1 + 2F1 = 0 FAH = 3F1 ↑ : FAV - 4F1 + 2F1 = 0 FAV = 2F1

A : F1 a -2F1 a - 4F1⋅a2 + MA +2F1 a = 0 MA = F1a

Lösung 3.1.15

Bestimmung von q(z): Ansatz: q(z) = A + Bz + Cz2

Bestimmung der Konstanten A, B, C: z = 0: q(0) = q0 A = q0

q’(0) = 0 B = 0

z = a: q(a) = 0 A + Ca2 = 0 C Aa

qa

= − = −202

3F FBcos30°

FAHFAV

4F

2F

FBsin30°

F1

FAH

FAV MA

F2

M

F1

FAH

FAVMA

2F1

2F1

4F1

a2

FR

zR

q(z)

FR

zR

FAH

MAFAV

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q z q za

F q za

dz q z za

q a

zF

q za

zdzF

q z za q a

q a a

R

a a

RR

a

R

a

( ) = −

= −

= −

=

= ⋅ −

= ⋅ −

= ⋅ =

0

2

0

2

00

3

20

0

0

2

00

2 4

20 0

02

1

13

23

1 1 12 4

32 4

38

Lösung: → = ↑ = = ⋅ =: : :F F q a A M F zq a

AH AV A R R023 40

02

Lösung 3.1.16

→ : -FA + FBH = 0 ↑ : FBV - FGE - FG = 0 B : -FG . 3a -FGE . a + FA

. a = 0 Ergebnis: FA = FBH = FGE + 3 FG; FBV = FGE + FG

Lösung 3.1.17

↑ : F F m g m gA B+ − − =1 116

0

A : − ⋅ − ⋅ + ⋅ =m g a m g a FB1 13 16

8 9a 0

Ergebnis: F m g F m gB A= =1327

37541 1;

Lösung 3.1.18

↑ : FA + FB - FK - FT - FG = 0 A : FB 8a - FG 6a - FT 4a - FK 3a = 0

Ergebnis: F F F F F F F FB T K G A T K G= + + = + +12

38

34

12

58

14

;

↑ : FC + FD - FK - FG = 0 C : FD 3a - FG 6a - FK 3a = 0 Ergebnis: FD = FK + 2 FG FC = - FG

A

B

FA

FBH FBV

FG

FGE

FA FB

mgm1g

9a

6a

a

FA FB

FGFK

8a

6a4a

FT3a

FC FD

FGFK

3a

6a

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Achsenbelastung der unteren Rolle:

( )

( )

F F F F F F

F F F Fa aa a

oder aa

F F

RH G RV G G G

R RH RV G

R G

= = − = − −

= + = −

=−−

= = ° = =

=

cos sin sin

sin

tan sin

α α α

α

α α α

1

2 16 26

45

38 6 441

0 6247

0 866

2 2

, ,

,

3.2 Scheibenverbindungen Lösung 3.2.1

Teil I: → : FAH - FGH = 0 ↑ : FAV + FB - FGV - F - 4qa = 0 A : -F . 2a -4qa . 2a + FB . 3a - FGV

. 4a = 0 Teil II: → : FGH = 0

↑ : FC + FGV - 2qa = 0 G : -2qa . a + FC . 2a = 0

Ergebnis: F F F qa N F F qa N

F F qa N F qa N

AH AV B

GH C GV

= = + = = + =

= = = = =

0 13

1667 23

4 5333

0 1000 1000

FS = FG

FS = FG

FG

FGFR

α

FAH FAV

2a F + 4qa

FB FGV

FGH

FGV

FGH2qa

a FC

I

II

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Lösung 3.2.2

Teil I: → : FAH - FGH1 = 0 ↑ : FAV + FB - FGV1 - F1 - 2qa = 0 A : F1 . 2a -2qa . 7a + FB . 6a - FGV1

. 8a = 0 Teil II: → : FGH1 - FGH2 = 0 ↑ : FGV1 + FGV2 - 8qa = 0 G1 : -8qa . 4a + FGV2 . 8a = 0

Teil III: → : FGH2 = 0

↑ : FC + FD - FGV2 - F2 - 3qa = 0 D : F qa a F a F aGV C2 29a 3 152

6 2 0⋅ + ⋅ − ⋅ + ⋅ =

Ergebnis: FAH = 0 FB = 333 kN FGH1 = 0 FGH2 = 0 FC = 687,5 kN FAV = 116,7 kN FGV1 = 200 kN FGV2 = 200 kN FD = 262,5 kN Lösung 3.2.3

Teil I: → : FAH - FGH = 0 ↑ : FAV - FGV - F1 - 5qa = 0 A : MA - F1 . 3a - 5qa . 2,5a - FGV

. 5a = 0 Teil II: → : FGH = 0

↑ : FB + FGV - F2= 0 G : -F2 . 3a + FB . 5a = 0 Ergebnis: F F N F F F N F F F F qa N

M F a F a qa Nm

B GH GV AH AV

A

= = = = = = = + + =

= + + =

35

960 025

640 025

5 2440

3 2 252

8100

2 2 1 2

1 22

FAHFAV

4a

2qa

FB FGV1

FGH1

FGV1

FGH18qa

a

FC

I

IIFGV2

FGH2

FDFGV2

FGH23qa

1,5a

III

F1

F2

FAH FAV

2,5a 5qaF1

FGV

FGH

FGV

FGHF2

2a FB

I

II

MA

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Lösung 3.2.4

→ : - FAH + F1 - FGH = 0 ↑ : FAV + FGV - F2 = 0 A : - F1 3a - F2 2a + FGH 6a + FGV 5a = 0 → : FGH - FBH = 0 ↑ : FBV - FGV - F3 = 0 B : F3 2,5a - FGH 6a + FGV 5a = 0 oder am Gesamtsystem: A : - F1 3a - F2 2a + FBV 10a - 7,5 F3 a = 0 ↑ : FAV + FBV - F2 - F3 = 0

Ergebnis: FAH = 6,3 kN; FAV = 5,65 kN; FGH = 5,7 kN; FGV = 4,35 kN; FBH = 5,7 kN; FBV = 9,35 kN Lösung 3.2.5

Teil I: → : FG1H - FG3H = 0 ↑ : FAV + FG3V - FG1V - 4qa = 0 A : FG3H 6a - 4qa 2a - FG1H 3a + FG3V 4a = 0 Teil II: → : FG3H - FG2H - FBH = 0 ↑ : FBV - FG3V - 4qa - FG2V = 0

B : 4qa 2a + FG2H 3a - FG3H 6a + FG3V 4a = 0 Teil III: → : - FG1H + FG2H = 0 ↑ : FG1V + FG2V - F1 - F2= 0 G1 : FG2V 8a - F1 2a - F2 6a = 0 Ergebnis: FAV = 28,5 kN, FBH = 0, FG1H = 10,7 kN, FG2H = 10,7 kN, FG3H = 10,7 kN FBV = 33,5 kN, FG1V = 12,5 kN, FG2V = 17,5 kN, FG3V = 0 Auflagerreaktionen am Gesamtsystem bestimmbar!

F1

F2

F3

FAHFAV

FGH

FGV

FGH FGV

FBH

FBV

FG1H

4qa 4qa

FG1V

FAV

FG3H

FG3V

FG3H

FG3V

FBH

FBV

FG2V

FG2HF1 F2FG1H

FG1V

FG2H

FG2V

I II

III

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Lösung 3.2.6

Teil I: → : -FG1H - F1 + FG2H = 0 (1) ↑ : FG2V - FG1V = 0 (2) G2 : -F1 a - FG1H 2a + FG1V 3a = 0 (3) (Teil II:) → : -FG3H - FG2H + 4qa = 0 ↑ : FB + FG3V - FG2V = 0 G2 : 4qa 2a + FB 3,5a - FG3H 4a + FG3V 2a = 0

Teil III: → : FG1H + FG3H - FAH - F2 = 0 (4) ↑ : FG1V - FG3V + FAV = 0 (5) G3 : -FG1V 5a - FG1H 2a + F2 a – FAV 3,5a = 0 (6) Gesamtsystem: →: -FAH – 2F + 4qa = 0 FAH = 0 (7) ↑: FAV + FB = 0 (8) A: Fa + 3Fa + 5FBa – 8qa2 = 0 (9) FB = -FAV = 0 Ergebnis: FAH = 0, FB = 0, FG1H = - 0,5 kN, FG2H = 3,5 kN, FG3H = 4,5 kN FAV = 0, FG1V = 1 kN, FG2V = 1 kN, FG3V = 1 kN Lösung 3.2.7

→ : - FAH + FGH = 0 ↑ : FAV + FGV - F1 = 0 A : - F1 a - FGH a + FGV 2a + MA = 0 → : -FGH + F2 = 0 ↑ : FB - FGV - 1,5q0a = 0 B : -F2 a +3q0 a2 + FGV 3a = 0

Ergebnis: FAH = 3F; FAV = 3F; FB = 2F; FGH = 3F; FGV = - F; MA = 7Fa; Lösung 3.2.8

→ − =

↑ − + + =

− ⋅ + ⋅ + ⋅ =

:

:

:

F F

F F F F

G F a F a F a

GH D

B GV C D

B C D

12

2 0

12

2 0

4 12

2 2 12

2 6 0

FG1H

2a4qa

FG1V

FAV

FG2H

FG2V

FG3H

FG3VFAH

FB

FG2V

FG2H

F1

F2

FG1HFG1V

FG3H

FG3V

I II

III

FAV

FAHMA

FGV FGH

F1

F2

FB

FGH

FGV3

20q a

FC

FA

FGVFGH

FD

FFB

FGHFGV

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→ − + =

↑ − + + =

⋅ − ⋅ =

:

:

:

F F

F F F

G F a F a

GH A

GV A

A

12

2 0

12

2 0

12

2 6 4 0

Ergebnis: FA = 0,942 F; FB = 1,225 F; FC = -1,558 F(Druckstab); FD = 0,942 F; FGH = 0,667 F; FGV = 0,333 F Lösung 3.2.9

→ : - FAH + FGHl = 0 ↑ : FAV - FGVl = 0 A : -FGVl a + MA = 0 → : - FGHl + FGHr = 0 ↑ : -FGVr + FGVl - F1 = 0 → : -FGHr + F2 = 0 ↑ : FB + FGVr = 0 G : F2 c + FB a = 0

Ergebnis:

;;

;;

;;

221

2121

222

acFFcFaFM

acFFF

acFFF

acFFFFFFF

GVrA

GVlAV

BGHrGHlAH

⋅=⋅+⋅=

⋅+=⋅+=

⋅−====

Lösung 3.2.10

→ : - FAH + FGH + 12

2F = 0

↑ : FAV - FGV - 12

2F = 0

A : - F a 2 - FGH a - FGV 2a + MA = 0 → : FGH = 0 ↑ : FB + FGV - 2q0a = 0 B : 2q0 a2 - FGV 2a = 0

Ergebnis (unter Verwendung von F qa= 2 ): FAH = qa; FAV = 2qa; FB = qa; FGH = 0; FGV = qa; MA = 4qa2 ;

FAV

FAH

MA FGVl FGHl

F1

F2

FB

FGHl

FGVl FGVr

FGHr

FGVrFGHr

FAV

FAHMA

FGV FGH

F

2qa

FB

FGH

FGV

a 2

a

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Lösung 3.2.11

→ : FAH - FGH = 0 ↑ : FAV + FGV - F = 0 A : - F a + FGV 2a = 0

→ : FGH - FBH -q a0

2 = 0

↑ : FBV - FGV = 0

B : q a0

2

3 - FGH a + FGV a = 0

Ergebnis (unter Verwendung von q Fa0 = ):

F F F F F F F F F F F FAH AV BH BV GH GV= = = = = =

56 2

13 2

56 2

Lösung 3.2.12

→ : FAH - FS cos α = 0 ↑ : FAV + FC - FS sin α = 0 A : - FS sin α 9a + FC 12a = 0 → : FS cos α - FDH = 0 ↑ : FS sin α - FDV - F = 0 D : - F 12a + FS sin α 6a = 0 sin cosα α= = = =

63 5

25

33 5

15

aa

aa

Ergebnis: kNFFkNFF

kNFFkNFFkNFFkNFF

DVDH

CSAVAH

3;3

5,423;71,65;5,1

21;3

====

========

Lösung 3.2.13

→ : -FS - FCH = 0 ↑ : - FCV + F = 0 C : F . 200mm + FS . 350mm = 0 → : FCH - FDH = 0 ↑ : FDV + FCV - FE = 0 D : FCH . 100mm + FCV . 500mm - FE . 250mm= 0

Ergebnis: F F kN F F kN F F kN

F F kN F F kN F F kN

S CV CH

DH DV E

= − = − = = = =

= = = = = =

47

1 714 347

1 714

47

1 714 4335

3 685 7835

6 685

, ; ; ,

, ; , ; ,

FFAH

FAV

FGH

FGV

FGH FGV

FB H

FB V

q a0

223a

α

FAH

FAV

FS

FS

F

FC

FDHFDV

α

3a

6a3 5a

α

FFCH

B

CD

CE

FS

FCV

FEFDH

FDV FCH

FCV

200200150

250250

100

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Lösung 3.2.14

→ : FCH - FGH - FS3 = 0 ↑ : FCV + FGV - qa = 0

G : - FS3 2a + FCH 4a + FCV 4a -qa ⋅a2 = 0

→ : FGH + FS1 12

2 = 0

↑ : FB - FGV - 5qa - FS2 - 12

2 1FS = 0

B : -5q a2 . 2,5 - FGV 5a - FS2 2a = 0

→ : FS3 - FS1 12

2 = 0

↑ : FS2 +12

2 1FS = 0

Ergebnis:

;75,34

15;75,34

15;3,524

15

;75,34

15;2;0;4

321 qaqaFqaqaFqaqaF

qaFqaqaF

qaFFqaF

SSS

GVGH

CVCHB

==−=−===

−=−=−=

===

Auflagerreaktionen am Gesamtsystem bestimmbar! Lösung 3.2.15

↑ : FDV - mg = 0 FDV = mg →: FDH - FA = 0 F mgDH =

45

D : F r mg rA ⋅ − ⋅ =7 5 6 0, F mgA =45

II: E : F r mg rBV ⋅ − ⋅ =2 7 0 FBV = 3,5 mg B : FScos 2r - mg 5r = 0α⋅ ⋅

F mg mgS = ⋅ =52

1 3 004cosα

,

→: F mgSsin - FBHα − = 0 FBH = 0,667mg

FGV

FGH

FB

qa

5qa

FS1 FS2

FS3

FCVFCH

FGH

FGV

FS3

mg

FA

FDH

FDV

7,5r6r

2r

3r3,61rα

FA

FDH

FDV

F

F

FF=mg

I

IIIII

mgmg

mg

A

B

G

D

A

BG

DC

FS

FBH

FBV FS

FBHFBV

EF

Bα α

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Lösung 3.2.16

Gesamtsystem: → : FEH = 0 ↑ : FEV + FD -F = 0 E : F 3a – FD 4a = 0

kNFkNFF EVD 5,15,443

===

II : B : FCV 2a - F 3a = 0 F F kNCV = =32

9

C : FBV 2a - F a = 0 F F kNBV = =12

3

→ : FCH - FBH = 0 FCH = 0 I : A : 2FBH a + FEH 4a = 0 mit FEH = 0 wird FBH = 0 → : FBH + FEH - FAH = 0 FAH = 0 ↑ : FBV + FEV - FAV = 0 FAV = 4,5kN Lösung 3.2.17

Gesamtsystem: A F b F h F b

hF F kN

C F b F h F bh

F F kN

CH CH

AH AH

:

:

⋅ − ⋅ = = = =

⋅ − ⋅ = = = =

0 12

1

0 12

1

Teilsysteme:

kNFFaFaFC

kNFFabFaFbFA

BEADBEAD

BEBE

5,2202sinsin:

25,185

350

53:

=−==⋅+⋅

−=−=−==⋅⋅+⋅

αα

sin cosα α= =

35

45 II: ↑: ( )F F F F kN kNCV AD BE CV+ + = = − ⋅ = −

35

0 35

1 25 0 75, ,

Gesamtsystem: ↑: FAV + FCV - F = 0 FAV = F - FCV = 2,75 kN

2a

2a2a a

4a

A

B C

DE

B

A

C

FD

FAV

FAH

FAV

FAH

FB

V

FBHFB

VFBH

FEV

FEH

FCV FCH FCV

FCHF

I

II

III

F

FCH

FCV

FAH

FAV

b

a

h

FAH

FAV

b

FCH

FCV

FAD FBE

I

II

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Lösung 3.2.18

→ + = = −

↑ − = =

→ − = = −

↑ = =

→ − + + = =

↑ − − − + = =

→ − − − = =

↑ + + = =

→ − +

:

:

:

:

:

:

:

:

:

F F F F

F F F F

F F F F

F F

F F F F

F F F F F F

F F F F F

F F F F F

F F

S S S

S S

S S S

S S

S S S S

S S S S S

S S AH AH

S S AV AV

S B

1 2 2

1 1

4 2 4

3 3

1 5 6 5

1 3 5 6 6

5 4

5 7

6

0 2

0 5

0 2

0 0

0 0

0 5

0 2

0

cos

sin

cos cos cos

sin sin sin

cos

sin

cos

α

α

α α α

α α α

α

α

α = =

↑ − − = = −

0 2

06 7 7

F F

F F F FB

S S S: sinα

Lösung unter Verwendung von: sin cosα α= =15

25

; ;

Anderer Lösungsweg: Erkannte Nullstäbe: Stab 3 und Stab 5, d.h. FS3 = 0 und FS5 = 0; dann gilt FS1 = FS6 und FS2 = FS4 Auflagerreaktionen auch am Gesamtsystem bestimmbar, Lösung 3.2.19

→: FS2 + FS1cosα = 0 ↑ : FS1sinα - F = 0

sin

cos

α

α

=

=

110310

Damit wird: F F F F FS S1 210 3 16 3= = = −, ;

: FS4 - FS1 - 2Fsinα = 0 : -2Fcosα - FS3 = 0 F F F F F F FS S3 4

610

1 9 10 210

3 79= − = − = + =, ; ,

I

FS1

FS2α

αα

α

α

IIIII

IV

V

FS3FS2 FS4

FS1

FS6

FS5FS3

FS6

FAHFAV

FS5

FS4

FBFS7

F

FS7

1

27

I

FS1F

FS2

α

3a

2F

IIFS1

FS4

FS3

αα

α

Page 24: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

→: FS6 - FS2 + FS5cosγ - FS3sinα= 0 ↑ : FS5sinγ + FS3cosα = 0 α = 18,43°; γ = 2α = 36,86° oder sin2 2sin cos 3

5; cos2 cos sin 4

52 2α α α α α α= = = − =

FFFFFFF S 65

12533;3

35

1092

sin2cos2F

sincosFF 6

2

S3S5 −=−−−==⋅==−=αα

γα

: FS8 - FS4 - FS5cosα - 2Fsinα = 0 : 2Fcosα + FS7 + FS5sinα = 0

F F F F

F F F F F

S

S

7

8

3110

2310

2 85

3 79 3310

2110

7 27

= − ⋅ − ⋅ = −

= + ⋅ + ⋅ =

, ;

, , ;

→: -FS6 + FS10 + FS9cosβ - FS7sinα= 0 ↑ : FS9sinβ + FS7cosα = 0

tan sin cosβ β β β= = = ° = =97

1 2857 52 1 9130

7130

, ; , ;

FS9 = 3,4F; FS10 = -9F

→: FB - FAH = 0 ↑ : FAV - 6F = 0 FAV = 6F A : F . 3a + 2F . 2a + 2F . a - FB . a = 0 FB = FAH = 9F

↑ : FAV + FS11 = 0 FS11 = -6F

IIIFS2

FS3

FS5

FS6

α

γ

αα

αα

α

2F

IVFS4

FS5 FS7

FS8

αβ

VFS6

FS7FS9

FS10

79

a

F

F2F2F FB

FAH

FAV

FAV

FAH

FS10

FS11

VI

Page 25: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Lösung 3.2.20 Gesamtsystem:

→: FB - FAH = 0 ↑ : FAV - F = 0 FAV = F A : F . a - FB . a = 0 FB = FAH = F

Stabkräfte: →: FS1 + FS2cos30° = 0 ↑ : -FS2sin30° - F = 0 FS2 = -2F = -40 kN;

kNFFFS 64,34332121 ==⋅=

→: - FS2cos30° + FS4cos45° + FS3cos30°= 0 ↑ : FS2sin30°-FS4sin45° + FS3sin30° = 0 Da sin45° = cos45° gilt, erhält man nach Addition der beiden Gleichungen

FS3(sin30°+cos30°) + FS2(sin30°-cos30°) = 0

F F kN F F F kNS S S S3 4 2 32 3 11 3

10 72 3045

35 86= −−

+= − =

°°

+ = −, ( ) ,sincos

→: FS5cos60° - FS4cos45° + FS6cos60°= 0 ↑ : FS5sin60°+FS4sin45° - FS6sin60° = 0 12

12

2 0 2 0

12

312

2 023

0

22

1 13

10 72 2 40

5 6 4 5 6 4

5 6 4 5 6 4

5 4 6 4 5

( )

( )

( ) ,

F F F F F F

F F F F F F

F F kN F F F kN

S S S S S S

S S S S S S

S S S S S

+ − = + − =

− + = − + =

= − = − = − = −

→: FB - FS5cos60° - FS1 - FS3cos30° = 0 ↑ : -FS5sin60° - FS7 - FS3cos60° = 0 F F F F kN

F F F kN

B S S S

S S S

= + + =

= − − =

1 3 5

7 5 3

12

3 12

20

12

3 12

14 6,

F

FB

FAH

FAV

I

FS1

F

FS2

30°

II

FS2 FS3

45°FS4

30°30°

FS4 FS5

FS630°

60°45°III

FS1FS3

FS5FS7

FB30°30°

30°IV

Page 26: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Lösung 3.2.21

→: FBH - FA = 0 ↑ : FBV - F = 0 FBV = F B : -F . 8a + FA . 8a = 0 FBH = FA = F

→: -FS1 - FS2cosα = 0 ↑ : -FS2sinα - F = 0

sin cos tan

sin

α α α

α

α

= = =

= − = − = −

= = =

35

45

34

53

33 3

43

26 7

2

1

; ;

,

,

F F F kN

F Fcot F kN

S

S

→: FS1 + FS3cosβ - FS4cosβ = 0 ↑ : -FS4sinβ - FS3sinβ = 0 FS3 = -FS4

FS1 - 2FS4cosβ = 0

coscos

ββ

= = = =213 2

133

24 0441F F F kNS

S , FS3 = -FS4 = -24,04kN

→: -FS5 - FS3cosβ - FS6cosγ + FS2cosα = 0 ↑ : -FS6sinγ + FS2sinα + FS3sinβ = 0

sin cos

sin

γ γ

γ

= =

=− −

= − = −

= − + + = =

25

15

5 44 7

43

23

13

6 7

6

5

;

,

,

F F F F kN

F F F F F kN

S

S

→: FS5 + FS4cosβ - FA = 0 ↑ : -FS7 + FS4sinβ = 0

FFA

FBVFBH

III

IIIIV

V

12

345

67

IFS1F

FS2

α

3a

4a

5a

α

FS4 FS3

FS1II

β

a 13

2a

3aβ

FS2

FS3

FS5

FS6

β αγ III

8a

4aγ

4 5 a

FA

FS4

FS7

FS5IV β

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F F F F kN

F F F F F F kN Kontrolle

S S

A S S

7 4

5 4

133

313

20

13

23

20

= = ⋅ = =

= + = + = =

sin

cos

β

β ( )

Kontrolle: →: FBH + FS6cosγ = 0 FBH = - FS6cosγ = F = 20kN ↑ : FS7 + FS6sinγ + FBV = 0 FBV = -FS7 - FS6sinγ = -F + 2F = F = 20kN

Ritterscher Schnitt:

III: -4Fa + 3FS4acosβ + 2FS4asinβ = 0 FS4(3 cosβ + 2 sinβ) = 4F

F F F kNS44 136 6

13

13 24 04=+

= = ,

IV: 8Fa + 4FS6asinγ = 0 F F F kNS62 5 44 7= − = − = −

sinγ,

→: -FS5 - FS4cosβ - FS6cosγ = 0 F F F F kNS5 313 2

135 1

513

6 7= − ⋅ + ⋅ = = ,

Kontrolle: ↑ : -FS6sinγ - F - FS4sinβ = 0 2F - F - F = 0 Lösung 3.2.22

Symmetrie: FAH = 0; FAV = FB = 1,5F = 30kN

Zur Geometrie:

l a atan aa

l a

l a l a

1 1

2 1

3 46

23

113

6 73

23

33 7 311

15 25

97

52 15

= + = = =

= − =

= → = ° = → = °

= → = °

α α

α α β β

γ γ

; ;

, ,

,

tan

tan tan = al

tan =3al

1

2

→: FS1cosα + FS2cosβ = 0 ↑ : FAV + FS1sinα + FS2sinβ = 0 FS1= -91,4kN FS2 = 78,8kN

VFBV

FBH

FS7 FS6

γ

F

FS6

β

FS5

III

IIIIV

FS41

23

γ

FF

F

FB

FAH

FAV

III

III

3a 3a

2a

aa

l1 l2

γα

α

β

atanα

IFAV

FS1FS2

α β

Page 28: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

: -FS1 + FS4 - Fsinα = 0 : -FS3 - Fcosα = 0 FS3 = -16,6kN FS4 = -80,4kN

→: FS6 -FS3sinα + FS5 cosγ - FS2cosβ = 0 ↑ : FS5sinγ + FS3cosα - FS2sinβ = 0 FS5 = 43,9kN FS6 = 40kN

Lösung 3.2.23

Aus Symmetriegründen: FAH = 0 FA = FB = 6F = 6 . 4,5kN = 27kN F = 4,5kN

→: FS1cosα + FS2 = 0 ↑ : FA + FS1sinα - F = 0 FS1= -50,3kN FS2 = 45kN

: -FS1 + FS4 - 2Fsinα = 0 : -FS3 - 2Fcosα = 0 FS3 = -8,05kN FS4 = -46,3kN

→: FS6 + FS5cosβ - FS2 - FS3sinα = 0 ↑ : FS3cosα + FS5sinβ = 0 FS5 = 9kN FS6 = 36kN

II

F

FS1

FS4

FS3α

IIIFS6

FS5FS3

FS2

α γβ

FA FB

F

2F2F 2F

Symm.

a 5FA

I

FS1

FS2

2a

a

α

α

F

II

2F

FS1

FS4

FS3α

FS2

FS3 FS5

FS6β

α

III

3a

4a5aβ

Page 29: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

→: FS8 cosα - FS5cosβ - FS4 cosα + FS7sinα = 0 ↑ : -FS7cosα - FS5sinβ -2F - FS4sinα + FS8sinα= 0 FS7 = -12,07kN FS8 = -34,23kN

→: FS10 + FS9cosγ - FS6 - FS7sinα = 0 ↑ : FS7cosα + FS9sinγ = 0 FS9 = 11,38kN FS10 = 27kN

2F

IVFS4

FS5FS7

FS8

βα

α

FS6

FS7 FS9

FS10γ

α

V

a

3aa 10γ

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Lösung 3.2.24

→ − =

↑ + − =

− ⋅ − ⋅ =

:

:

:

F F

F F F

A Fa F a F a

AH B

AV B

B B

12

2 0

12

2 0

9 12

2 92

12

2 32

3 0

Ergebnis: FB = 53,8kN; FAH = 38,04kN; FAV = -8,04kN

↑ − = = =

← + = = − = −

: ,

: ,

12

3 0 23

3 34 64

12

0 12

17 32

1 1

2 1 2 1

F F F F kN

F F F F kN

S S

S S S S

↓ : FS3cos30° + FS1cos30° = 0 FS3 = -FS1 = -34,64kN ← : FS4 + 0,5 FS3 - 0,5 FS1 = 0 FS4 = 0,5 .(FS1 - FS3) = 34,64kN

↓ : -FS3cos30° - FS5cos30° = 0 FS5 = -FS3 = 34,64kN ← : FS6 + 0,5 FS5 - 0,5 FS3 - FS2 = 0 FS6 = 0,5 .(FS3 - FS5) + FS2 = -51,96kN

↓ : FS7cos30° + FS5cos30° - 12

2FB = 0 FS7 = 9,3kN

← : 12

2FB + FS8 - 0,5 FS5 + 0,5 FS7 - FS4 = 0 FS8 = 9,24kN

↓ : -FS7cos30° - FS9cos30° = 0 FS9 = -FS7 = -9,3kN ← : -FS6 + 0,5 FS9 - 0,5 FS7 + FS10 = 0 FS10 = -42,66kN

↑: FS11cos30° + FAV = 0 FS11 = 9,3kN Kontrolle: →: FAH + 0,5 FS11 + FS10 = 0 erfüllt.

FB

F

FAH

FAV

45°32

3a

4,5a

I60°

F

FS1

FS2

FS1FS3

FS460°

30°

II

FS2

FS3

FS660°

30°

III

FS5

FS4

FS7

FS860° 60°

IV

FS5

FB

45°

FS10

FS7

FS6

60° 60°

V

FS9

FS11

60°FAH

VIIFAV

FS10

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Lösung 3.2.25

→: F - FAH = 0 FAH = F ↑ : FB - F + FAV = 0 FAV = 0,25F A : -F . a - F . 2a + FB . 4a = 0 FB = 0,75 F

I F a F a F a F F

II F a F a F F

F F F F

aus F F

S B S

S B S

S B S

S

:

:

:

,

3 3

1 1

2 2

2

32

0 18

2 032

0 34sin

2 0 84

⋅ − ⋅ + ⋅ = = −

− ⋅ + ⋅ = =

↑ + = = −

= ° = −

sin

tan folgt = 63,4

αα

α α

FF

FB

FAH

FAV

FS3F

FB

FS1

FS2

αI

II

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3.3 Schnittgrößen in Trägern und Systemen von Trägern Lösung 3.3.1

→ : FAH - F1 cos60° + F3 cos45° = 0 ↑ : FAV - F1 sin60° - F2 - F3 sin45° + FB = 0 A : - F1 sin60° . 2a - F2 . 4a- F3 sin45° . 7a + FB . 8a = 0 Ergebnis: FAH = -37,4 kN; FAV = 21,8 kN; FB = 49,3 kN

→ : FAH - F1 cos60° + FLC = 0 FLC = 42,4 kN ↑ : FAV - F1 sin60° - FQC = 0 FQC = 13,1 kN C : F1 sin60° . a - FAV . 3a + MC = 0 MC = 56,7 kNm Lösung 3.3.2

→ : - FBH + F2 cos60° + F3 cos60° = 0 ↑ : FA + F2 sin60° - F1 - F3 sin60° + FBV = 0 A : - F1

. a + F2 sin60° . 2a - F3 sin60° . 4a + FBV . 3a = 0 Ergebnis: FA = 756 N; FBH = 1000 N; FBV = 1244 N

0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = 0; ↑ : FQ(z1) = FA = 756 N S1 : M(z1) = FA z1;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = 756 Nm 0 2≤ ≤z a

→ : FL(z2) = 0; ↑ : FQ(z2) = FA - F1 = -1244 N S2 : M(z2) = FA (a + z2) - F1 z2; z2 = 0: M2(0) = 756 Nm z2 = a: M2(a) = -488 Nm

0 3≤ ≤z a

→ : FL(z3) = - FBH + F3 cos 60° = - 500 N; ↑ : FQ(z3) = - FBV + F3 sin 60° = -378 N; S3 : M(z3) = FBV (a - z3) - F3 sin 60° . (2a-z3); z3 = 0: M3(0) = - 488 Nm z3 = a: M3(a) = -866 Nm

FAH FAV

F1 F2 F3

FB

FAH FAV

2a a

F1

C

C FLC

FQC

MC

FBHFA

F1

F2

F3

FBV

FAz1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)

FL(z2)a

F1 M(z2)

FQ(z2)FA

z2

FL(z3)a

F3M(z3)

FQ(z3)

FBVz3 a-z3FBH

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0 4≤ ≤z a → : FL(z4) = F3 cos 60° = 500 N; ↑ : FQ(z4) = F3 sin 60° = 866 N; S4 : M(z4) = - F3 sin 60° . (a-z4); z4 = 0: M4(0) = - 866 Nm z4 = a: M4(a) = 0

M Nmmax = 866

Lösung 3.3.3

→ : FBH - F cos45° = 0 ↑ : FA - 3qa - F sin45° + FBV = 0 A : - 3qa . 1,5a - F sin45° . 4a + FBV . 3a = 0 Ergebnis: FA = 3322 N; FBH = 3535 N; FBV = 9213 N

0 31≤ ≤z a → : FL(z1) = 0; ↑ : FQ(z1) = FA - qz1 z1 = 0: FQ(0) = 3322N z1 = 3a: FQ(3a) = -5678N

S1 : M(z1) = FA z1 - 12 1

2qz ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = 3a: M(3a) = -354 Nm Besondere Werte:

- Querkraft-Nullstelle: z F z z Fq

mQA

1 1 10 0 11: ( ) ,= = =

- Extremwert für M: ( )M z Nm1 184=

- 2. Nullstelle für M: $ : ($ ) $ ,z M z z Fq

mA1 1 10 2 0 22= = =

FL(z4)

F3M(z4) FQ(z4)

z4 a-z4

FBHFA

F1

F2

F3

FBV

FL in N+-

FQ in N

500

500

+ +

-

866

378

1244

756

M in Nm866

488

756

-+

FBHFA

Fcos45°3qa Fsin45°

FBV1,5a

FA z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)qz1

Page 35: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

0 2≤ ≤z a → : FL(z2) = - F cos 45° = -3535 N; ↑ : FQ(z2) = F sin 45° = 3535 N; S2 : M(z2) = - F sin 45° . (a-z2); z2 = 0: M2(0) = - 354 Nm z2 = a: M2(a) = 0

M Nmmax = 354

Lösung 3.3.4

→ : - FBH + FA cos45° = 0 ↑ : F - 3qa + FA sin45° + FBV = 0 B : 3qa . 0,5a - FA sin45° . 2a + F . a = 0

Ergebnis: F qa F qa F qaA BV BH= = − =74

2 34

74

; ; ;

0 21≤ ≤z a

→ : FL(z1) = - FA cos45° = −74

qa ;

↑ : FQ(z1) = FA sin45° - qz1

z1 = 0: FQ(0) = 74

qa z1 = 2a: FQ(2a) =−14

qa

S1 : M(z1) = FA sin45° . z1 - 12 1

2qz ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = 2a: M(2a) = 1,5 qa2

Besondere Werte:

- Querkraft-Nullstelle: z F z z aQ1 1 10 74

: ( ) = =

- Extremwert für M: ( )M z qa121 53= ,

FL(z2)

Fsin45°M(z2) FQ(z2)

z2 a-z2Fcos45°

z1 $z1

FBHFA

Fcos45°

3535

Fsin45°

FBV

FQ in N

-3535 FL in N

++-

5678

3322354

184+

-M in Nm

FBH F

FA cos45° 3qa

FA sin45°FBV1,5a

FAsin45° z1

FL(z1)FQ(z1)

M(z1)qz1

FAcos45°

Page 36: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

0 2≤ ≤z a → : FL(z2) = 0 ↑ : FQ(z2) = - F + q(a - z2) z2 = 0: FQ(0) = - qa; z2 = a: FQ(a) = -2qa

S2 : M(z2) = F . (a-z2) - ( )12 2

2q a z− ;

z2 = 0: M2(0) = 32

2qa z2 = a: M2(a) = 0

M qamax ,=1 53 2

Lösung 3.3.5

→ : -FBH + F2 cos45° = 0 ↑ : - F1 - F2 sin45° + FBV = 0 B : - MB + F2 sin45° . 2a + F1 . 3a = 0 Ergebnis: MB = 5,82 Fa; FBH = 1,41 F; FBV = 2,41 F

0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = 0; ↑ : FQ(z1) = - F1 = - F S1 : M(z1) = - F1 z1 = - F z1;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = - Fa

0 22≤ ≤z a → : FL(z2) = - F2 cos 45° = - 1,41 F; ↑ : FQ(z2) = - F2 sin45° - F1 = - 2,41 F S2 : M(z2) = - F1 (a + z2) - F2 sin45° . z2;

FL(z2) F

M(z2) FQ(z2)

z2 a-z2

q(a-z2)

FBH F

FA cos45°

1,75 qa

FA sin45°FBV

1,75a

- FL

FQ

M

1,75qa0,25qa

qa 2qa

+-

+

1,53qa2 1,5qa2

F1F2

z1 z2 FBV

FBH

MB

α

F1

z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z 1)

FL(z2)aF1 M(z2)

FQ(z2)

F2

z2

α

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z2 = 0: M2(0) = - Fa z2 = 2a: M2(2a) = - 5,82 Fa Mmax= 5,82 Fa

Lösung 3.3.6

A: M Fc ql ql c lA = − = −

12 2

2

M ist

positiv für c l

für c l

negativ für c lA

>

=

<

20

2

2

B: M Fc qlcB = =

MB ist positiv für beliebige c, bei c l≥

2 ist MB > MA, MA=MBist nur für

negatives MA möglich.

- MA = MB oder − −

= =ql c l qlc c l2 4

Lösung 3.3.7

→ : FAH = 0 ↑ : - 4qa + FAV + FB = 0 A : -4qa . a + FB . 3a = 0

Ergebnis: ;3,1334;7,26

38;0 kNqaFkNqaFF BAVAH =====

F1F2

z1 z2 FBV

FBH

MB

α

-

-

-

1,41FFL

FQ

F2,41F

FaM 5,82Fa

Fql

l

B

FAVFAH

MA c

BMB

cF

FAH FB3a

4qa2a

FAVa

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0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = 0 ↑ : FQ(z1) = - qz1 z1 = 0: FQ(0) = 0 z1 = a: FQ(a) = -qa = -10kN

S1 : M(z1) = - 12 1

2qz ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = - 0,5 qa2 = - 5kNm

0 32≤ ≤z a → : FL(z2) = 0 ↑ : FQ(z2) = - FB + q(3a - z2)

z2 = 0: FQ(0) = 53

qa = 16,7kN;

z2 = 3a: FQ(a) = −43

qa = - 13,3kN

S2 : M(z2) = FB . (3a-z2) - ( )12

3 22q a z− ;

z2 = 0: M2(0) = −12

2qa = -5kNm z2 = 3a: M2(3a) = 0

Besondere Werte:

- Querkraft-Nullstelle: mazzFz Q 66,1350)(: 222 ===

- Extremwert für M: ( )M z qa kNm228

98 9= = , = Mmax

Lösung 3.3.8

→ : FA - FS1 cos45° - F cos30° = 0 ↑ : FS2 + FS1 sin45° + F sin30° = 0 B : FS2

. 2a + F sin30° . 3a = 0 Ergebnis: FA = 1116N; FS1 = 354N; FS2 = -750N

0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = -FA = -1116N; ↑ : FQ(z1) = 0

z1

FL(z1)FQ(z1)

M(z1)qz1

FL(z2) FB

M(z2) FQ(z2)

z2 3a-z2

q(3a-z2)

-

--

+

+

FQ

M

10kN

16,7kN

13,3kN

5kNm

8,9kNm

AFA

FS1 FS2

F

45°30°B C

FAz1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z 1)

Page 39: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

S1 : M(z1) = 0; 0 22≤ ≤z a

→ : FL(z2) = FS1 cos45° - FA = -F cos30° = - 866N; ↑ : FQ(z2) = FS1 sin45° = 250N S2 : M(z2) = FS1 sin45° . z2; z2 = 0: M2(0) = 0 z2 = 2a: M2(2a) = 500 Nm

0 3≤ ≤z a

→ : FL(z3) = - F cos 30° = - 866N; ↑ : FQ(z3) = - F sin 30° = -500N; S3 : M(z3) = F sin 30° . (a-z3); z3 = 0: M3(0) = 500 Nm z3 = a: M3(a) = 0

Mmax = 500 Nm

Berücksichtigung des Eigengewichtes:

Ermittlung von q aus m b h a q mga

b h g Nm

= ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ ⋅ ⋅ =ρ ρ44

138

→ : FA - FS1 cos45° - F cos30° = 0 ↑ : FS2 + FS1 sin45° + F sin30° -4qa = 0 B : FS2

. 2a + F sin30° . 3a -4qa2 = 0 Ergebnis: FA = 1393N; FS1 = 745N; FS2 = -475N

0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = - FA = - 1393N; ↑ : FQ(z1) = - qz1 ; FQ(0) = 0; FQ(a) = - qa = -138 N

S1 : M(z1) = −12 1

2qz ; M(0) = 0; M(a) = -69Nm

0 22≤ ≤z a → : FL(z2) = FS1 cos45° - FA = -F cos30° = - 866N; ↑ : FQ(z2) = FS1 sin45° - q(a+z2); ↑ FQ(0) = 389N; FQ(2a) = 113N

FL(z2)a

FS1 M(z2)

FQ(z2)FA z2

FL(z3) F

M(z 3)FQ(z 3)

z3 a-z3

-

+

-

+

FL

FQ

M

866N

500N

500Nm

250N

1116N

AFA

FS1

FS2

F

45°30°B C

4qa

FAz1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z 1)qz1

FL(z2)a

FS1 M(z2)

FQ(z2)FA z2

q(a+z2)

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S2 : M(z2) = FS1 sin45° . z2 - ( )12 2

2q a z+ ;

z2 = 0: M2(0) = - 69Nm z2 = 2a: M2(2a) = 430 Nm 0 3≤ ≤z a

→ : FL(z3) = - F cos 30° = - 866N; ↑ : FQ(z3) = - F sin 30° + q(a-z3); FQ(0) = -362N; FQ(a) = - 500N

S3 : M(z3) = F sin 30° . (a-z3) - ( )12 3

2q a z− ;

z3 = 0: M3(0) = 430 Nm z3 = a: M3(a) = 0 Mmax = 430 Nm

FL(z3)F

M(z3)FQ(z3)

z3 a-z3

q(a-z3)

-

+

-

-

FL

FQ

M

866N

500N

430Nm

362N

1393N

-113N389N

138N

69Nm+

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Lösung 3.3.9

→ : FAH - 5qa = 0 ↑ : FAV - 2qa - 10qa + FB = 0 A : - 2qa . 2a - 10qa . 4a + FB . 5a = 0 Ergebnis: FB = 8,8qa; FAH = 5qa; FAV = 3,2qa

0 1≤ ≤z a → : FL(z1) = -FAH = - 5qa; ↑ : FQ(z1) = FAV = 3,2qa S1 : M(z1) = FAV z1;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = 3,2qa2

0 22≤ ≤z a

→ : FL(z2) = -FAH = - 5qa; ↑ : FQ(z2) = FAV - qz2 FQ(0) = 3,2qa; FQ(2a) = 1,2qa

S2 : M(z2) = FA (a + z2) - 12 2

2qz ;

z2 = 0: M2(0) = 3,2qa2 z2 = 2a: M2(2a) = 7,6qa2

0 3≤ ≤z a

→ : FL(z3) = - 5qa; ↑ : FQ(z3) = - FB + 10qa = 1,2qa; S3 : M(z3) = FB (2a - z3) - 10qa . (a-z3); z3 = 0: M3(0) = 7,6qa2 z3 = a: M3(a) = 8,8qa2

0 4≤ ≤z a

→ : FL(z4) = 0 ↑ : FQ(z4) = - FB = - 8,8qa; S4 : M(z4) = FB . (a-z4); z4 = 0: M4(0) = 8,8qa2 z4 = a: M4(a) = 0

M qamax ,= 8 8 2

FAH

FB

2qa F

FAV

FAVz1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)

FAH

FL(z2)aFAH

M(z2)

FQ(z2)FAV

z2

qz2

FL(z3)a

FM(z3) FQ(z3)

FBz3 a-z3

FL(z4) FB

M(z4) FQ(z4)

z4 a-z4

FL in qa-

FQ in qa

5

8,8

+

-

1,23,2

7,6

M in qa2

8,8

3,2+

Page 42: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Lösung 3.3.10

→ : - FAH = 0 ↑ : -F1 - 2q1a - F2 - 2q2a - F3+ FAV+ FB = 0 A : FB . 2a - 2q2a . 2a + F1 . a - F2 . a - F3 . 3a = 0 Ergebnis: FAH = 0; FAV = 75kN; FB = 105kN

Die Längskraft ist für alle Bereiche gleich Null.

0 1≤ ≤z a ↑ : FQ(z1) = -F1- qz1 z1 = 0: FQ(0) = -20kN; z1 = a: FQ(a) = -40kN

S1 : M(z1) = -F1 . z1 - 12 1

2qz ;

z1 = 0: M(0) = 0; z1 = a: M(a) = - 60kNm

0 2≤ ≤z a ↑ : FQ(z2) = FAV - F1 - q1(a + z2) z2 = 0: FQ(0) = 35kN; z2 = a: FQ(a) = 15kN

S2 : M(z2) = FAV. z2 - F1 . (a+z2) - ( )1

2 1 22q a z+ ;

z2 = 0: M2(0) = -60kNm; z2 = a: M2(a) = -10kNm 0 3≤ ≤z a

↑ : FQ(z3) = - FB + F3 + q2(2a-z3); FQ(0) = -10 kN; FQ(a) = -50 kN

S3 : M(z3) = FB (a - z3) - F3 . (2a-z3) - ( )12

22 32q a z− ;

z3 = 0: M3(0) = -10 kNm; z3 = a: M3(a) = -70 kNm 0 4≤ ≤z a

↑ : FQ(z4) = F3 + q2(a-z4) FQ(0) = 55 kN; FQ(a) = 15 kN

S4 : M(z4) = -F3 . (a-z4) - ( )12 2 4

2q a z− ;

z4 = 0: M4(0) = -70 kNm; z4 = a: M4(a) = 0

FAH

F1 F2

2q1a

FAV FB

2q2a

F3

z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)q1z1

F1

z2

FL(z2)

FQ(z2)

M(z2)q1(a+z2)F1

FAV

a

FL(z3)a

F3M(z3) FQ(z3)

FBz3 a-z3

q2(2a-z3)

FL(z4)

F3

M(z4)FQ(z4)

z4 a-z4

q2(a-z4)

Page 43: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Mmax = 70 kNm

Lösung 3.3.11

→ : FAH + F = 0 ↑ : FAV - 1,5 qa + FB = 0 A : - 3qa2 - F . a + FB . 2a = 0 Ergebnis: FAV = -0,5qa; FAH = -qa; FB = 2qa

0 21≤ ≤z a

q zqa

z d hq z z qz

a( ) , . .

( )1 1

1 1 12

3 2 6= ⋅

⋅=

→ : FL(z1) = -FAH = qa;

↓ : FQ(z1) = FAV - qz

a12

6

z1 = 0: FQ(0) = -0,5qa z1 = 2a: FQ(2a) = - 76

qa

S1 : M(z1) = FAV z1 - qz

az1

21

6 3⋅ ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = 2a: M(2a) = - 139

2qa

0 2≤ ≤z a

q zqa

a z d hq z a z q a z

a( ) ( ), . .

( ) ( ) ( )2 2

2 2 22

32

22

26

= ⋅ +⋅ +

=+

→ : FL(z2) = -FAH = qa;

↑ : FQ(z2) = FAV + FB - q a z

a( )2

62

2+

z2 = 0: FQ(0) =56

qa z2 = a: FQ(a) = 0

S2 : M(z2) = FAV (2a+z2) + FB . z2 -

q a za

a z( ) ( )26

23

22

2+⋅

+;

FQ in kN

M in kNm-

+ +

- -1015

2040

35

50

5515

60 70

10

FAH

FAV

F1,5qa

FB

FAV z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z 1)

0,5q(z 1)z 1

FAH

FAV z2

FL(z2)

FQ(z2)

M(z2)0,5q(z2)(2a+z2)

FAH

FB

Page 44: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

z2 = 0: M(0) = -139

2qa ; z2 = a: M(a) = - qa2

0 3≤ ≤z a ↓: FL(z3) = 0 ← : FQ(z3) = F S3 : M(z3) = -F(a-z3) = -qa(a-z3) z3 = 0: M(0) = - qa2 z3 = a: M(a) = 0

Mmax = 1,44 qa2

Lösung 3.3.12

→ : FAH - F = 0 ↑ : FAV + FB = 0 A : - M + F . a + FB . 4a = 0 Ergebnis: FAV = -5kN; FAH = 20kN; FB = 5kN

Es treten keine Längskräfte auf.

0 1≤ ≤z a ← : FQ(z1) = - F = -20kN S1 : M(z1) = -Fz1 z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = -20kNm

0 22≤ ≤z a ↓ : FQ(z2) = FAV = -5kN S2 : M(z2) = FAV z2 - Fa z2 = 0: M(0) = -20 kNm z2 = 2a: M(2a) = -30kNm

0 23≤ ≤z a ↓ : FQ(z3) = -FB = -5kN

z3

FL(z3)

FQ(z3)

M(z3)

a-z3

F

FL in qa

1 +

FQ in qa

0,5

1,17

0,83

1

-+

+

m in qa2

--1,44

11

FAH

FAV

FM

FB

Fz1

FL(z 1)FQ(z1) M(z1)

FAH

FAV

FM(z2)

FQ(z2)z2

FL(z2)

FL(z3) FB

M(z3) FQ(z3)

z3 2a-z3

Page 45: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

S3 : M(z3) = FB (2a- z3) z3 = 0: M(0) = 10 kNm z3 = 2a: M(2a) = 0

Page 46: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Mmax = 30 kNm

Lösung 3.3.13

→ : FAH + F = 0 ↑ : FAV - qa = 0 A : MA - F . a - qa . 0,5a = 0 Ergebnis: FAV = qa; FAH = -qa; MA = 1,5qa2

0 1≤ ≤z a ← : FL(z1) = 0 ↑ : FQ(z1) = qz1 FQ(0) = 0 FQ(a) = qa S1 : M(z1) = - 0,5q z1

2

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = a: M(a) = - 0,5qa2

0 2≤ ≤z a ← : FQ(z2) = 0 ↓ : FL(z2)= - qa S2 : M(z2) = - 0,5qa2

0 3≤ ≤z a ← : FQ(z3) = F = qa ↓ : FL(z2)= - qa S2 : M(z2) = - 0,5qa2 - Fz3 z3 = 0: M(0) = - 0,5qa2 z3 = a: M(a) = - 1,5qa2

30

20

5

20

2010

--

+- -

FQ in kN

M in kNm

FAV

F

MA

FAH

qa

FL(z1)

M(z1) FQ(z1)

z1

qz1

FL(z2)

z2

M(z2)

FQ(z2)

qa

FL(z3)

z3

M(z 3)

FQ(z3)

qa

F

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Mmax = 1,5 qa2

Lösung 3.3.14

→ : FAH - F = 0 ↑ : FAV + FB - 2qa = 0 A : M - F . a + FB . 3a - 2qa2 = 0 Ergebnis: FAV = qa; FAH = 2qa; FB = qa

0 21≤ ≤z a → : FL(z1) = -FAH = - 2qa; ↓ : FQ(z1) = FAV - qz1

z1 = 0: FQ(0) = qa z1 = 2a: FQ(2a) = - qa

S1 : M(z1) = FAV z1 - qz1

2

2 ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = 2a: M(2a) = 0 Besondere Werte: - Querkraft-Nullstelle: z F z z aQ1 1 10: ( ) = =

- Extremwert für M: ( )M z qa121

2=

0 2≤ ≤z a → : FL(z2) = -FAH = - 2qa; ↑ : FQ(z2) = FAV - 2qa = -qa S2 : M(z2) = FAV (2a+z2) - 2qa . (a+z2); z2 = 0: M(0) = 0; z2 = a: M(a) = - qa2

0 3≤ ≤z a ↑ : FL(z3) = - FB = -qa; → : FQ(z3) = 0; S3 : M(z3) = 0;

FL in qa FQ in qa M in qa2

-+

-

-+

1

11

1,5

0,5

FAH FAV

F

M

FB

2qa

FAV z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)qz1

FAH

FAV z2

FL(z2)

FQ(z2)

M(z2)q2a

FAH

2a

FL(z3)M(z3) FQ(z3)

z3

FB

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0 4≤ ≤z a ↑ : FL(z4) = - FB = -qa; → : FQ(z4) = F = 2qa; S4 : M(z4) = F . z4; z4 = 0: M(0) = 0 z4 = a: M(a) = 2qa2

0 5≤ ≤z a ↑ : FL(z5) = 0; → : FQ(z5) = 0; S3 : M(z5) = M = qa2;

Kontrolle des Momentengleichgewichts am Verzweigungspunkt C: C: M5(0) - M2(a) - M4(a) = 0 qa2 - 2qa2 + qa2 = 0 Gleichung ist erfüllt

M qamax = 2 2

FL(z4)M(z4) FQ(z4)

z4

FB

F

FL(z5)M(z5)

FQ(z5)z5

M

a-z5

CM2(a)

M4(a)

M5(0)

z1

2

-

1

+ 2

FQ in qa

2

FL in qa

-

++

-

1

1

1

0,5+

-

M in qa2

1

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Lösung 3.3.15

→ : FAH + F1 + F3 = 0 ↑ : FAV - qa + F2 = 0 A : MA - F2 . a - qa . 0,5a + F1

. a + F3 . a = 0 Ergebnis: FAV = 2F1; FAH = - 3F1; MA = F1 . a

0 1≤ ≤z a →: FL(z1) = -F1 ↑ : FQ(z1) = F2 = 2F1 S1 : M(z1) = F2 . z1 ; z1 = 0: M(0) = 0; z1 = a: M(a) = 2F1a

0 2≤ ≤z a →: FL(z2) = F3 = 2F1 ↑ : FQ(z2) = q(a-z2) FQ(0) = qa = 4F1; FQ(a) = 0

S2 : M(z2) = - ( )12 2

2q a z− ;

z2 = 0: M2(0) = -2F1a; z2 = a: M2(a) = 0 0 3≤ ≤z a ↓ : FL(z3) = 2F1 ← : FQ(z3) = FAH =-3F1 S1 : M(z3) = FAH . z3 - MA ; z3 = 0: M(0) = -F1a; z3 = a: M(a) = -4F1a

Mmax = 4F1a

FAV

F1

MA

FAH qa

F2F3

z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)F2

F1

FL(z2) F3

M(z 2)FQ(z2)

z2 a-z2

q(a-z2)

z3

FL(z3)

FQ(z3) M(z3)

FAV

FAH MA

41

M in F1aFQ in F1

2

FL in F1

2

+-

+

3

2 +

-2

2

1

4+

--

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Lösung 3.3.16

→: q0a + FAH - FB sin30° = 0 ↑ : FAV - F + FB cos30° = 0

A: FB sin30° . a + FB cos30° . a - 2Fa -q0a ⋅43

a =0

Ergebnis: FB = 13,177kN; FAH = 0,589kN; FAV = -6,412kN

0 21≤ ≤z a

q zq

az d h

q z z q za

( ) , . .( )

10

11 1 0 1

2

2 2 4= ⋅

⋅=

↑: FL(z1) = -FAV = 6412N;

→ : FQ(z1) = -FAH - q z

a0 1

2

4

z1 = 0: FQ(0) = -589N z1 = 2a: FQ(2a) = - 6589N

S1 : M(z1) = -FAH z1 - q z

az0 1

21

4 3⋅ ;

z1 = 0: M(0) = 0 z1 = 2a: M(2a) = - 5178Nm

0 2≤ ≤z a → : FL(z2) = -FAH - q0a = -6589N; ↑ : FQ(z2) = FAV = -6412N

S2 : M(z2) = -FAH . 2a + FAV . z2 -

23 0

2q a ;

z2 = 0: M(0) = -5178Nm; z2 = a: M(a) = - 11590Nm

0 3≤ ≤z a ↓: FL(z3) = -FBcos30° = -11412N ← : FQ(z3) = FBsin30° = 6589N S3 : M(z3) = FBsin30° . z3 z3 = 0: M(0) = 0 z3 = a: M(a) = 65989Nm

0 4≤ ≤z a ←: FL(z4) = 0 ↑ : FQ(z4) = F = 5000N S4 : M(z4) = - F . (a-z4) z4 = 0: M(0) = -5000Nm; z4 = a: M(a) = 0

FAH

F

FAV

FB30°

q0a

43

a

FAV

z1

FL(z1)

FQ(z1)M(z1)

0,5q(z1)z1

FAH

FAV

z2

FL(z2)

FQ(z2)

M(z2)

q0a

FAHFB

z3

FL(z3)FQ(z3)

M(z3)

FB

z4FL(z4)

FQ(z4)M(z4)

F

a-z4

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Lösung 3.3.17

↑ : FB - FAV = 0 ← : FAH - F = 0 A : 2FB a - F a sin α = 0

F F F F Fsin FAH B AV= = = =12

14

α

0 ≤ ϕ ≤ 30° ϕ = ϕ1

F Fsin Fcos F F

F Fcos Fsin F F

M Fa Fasin M Fa

N N

Q Q

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( ) ( )

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

14

014

14

0 14

14

1 0 14

14

− − = = +

− + = = −

+ − − = = + −

sin cos

cos sin

cos sin cos

30 180 2°≤ ≤ ° = −ϕ ϕ π ϕ

( ) ( ) ( )ϕϕϕϕϕ

ϕϕϕϕϕ

ϕϕϕϕϕ

cos141cos1

41)(M0cos1

41)(M

sin41sin

41)(0sin

41)(

cos41cos

41)(0cos

41)(

22

22

22

+=−==−−

−=−==+

=−==+

FaFaFa

FFFFF

FFFFF

QQ

NN

0FN

+ - +

-+

FQ M

F14 F − 1

4 F

6,6-

6,4

11,4+

-

FL in kN FQ in kN0,6

6,46,6

6,6

5-

-

+

+

M in kNm

5,2

11,65

6,6-

-

+

Fa

FBFAH FAV

α

FN(ϕ1)

ϕ1ϕ1

ϕ1

FQ(ϕ1)

M(ϕ1)

F 14

F

M(ϕ)

14

F

FN(ϕ)

ϕ2ϕ

FQ(ϕ)

B

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F F F F MF F F F M Fa

F F F F M

F F F

F

N Q

N Q

N Q

N Q

N

1 1

1 1

2 2

2 2

2

0 0 25 0 0 030 0 7165 30 0 741 30 0 467

30 0 2165 30 0 125 180 0

180 0 25 180 0

00 90

( ) , ( ) ( )( ) , ( ) , ( ) ,( ) , ( ) , ( )( ) , ( )

( )

° = ° = =

° = ° = ° =

° = ° = − ° =

° = − ° =

=

= = °

ϕ

ϕ ϕcos 2 2

Lösung 3.3.18

→: FBH - Fcos45° = 0 ↑ : FBV + FC - Fsin45° = 0 B: FC 2a - Fsin45° . a = 0 Ergebnis: FBH = 353,6N; FBV = FC = 176,8N

0 ≤ z ≤ a → : FN(z) = -FBH = -353,6N; ↑ : FQ(z) = FBV = 176,8N S : M(z) = FBV

. z ; z = 0: M(0) = 0; z = a: M(a) = 35,36Nm

0 ≤ ϕ ≤ 90° F F F F

F F F F

F acos F acos

N C N C

Q C Q C

C C

( ) ( )( ) ( )( ) ( )

ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ

+ = = −

+ = = −

− = =

cos cos

sin sin

M M

0

0

0

F N F M NmF F N M

N Q

N Q

( ) , ( ) ( ) ,( ) ( ) , ( )0 176 8 0 0 0 35 3690 0 90 176 8 90 0° = − ° = =

° = ° = − ° =

FC

FBH

F45°

FBV

FBVz

FN(z)

FQ(z)

M(z)FBH

M(ϕ)FN(ϕ)

acosϕ

ϕ

FQ(ϕ)

FCϕ

-

+-

+

-

FN in N FQ in N M in Nm

353,6176,8

176,8

176,8

35,36

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Lösung 3.3.19

→: FAH = 0 ↑ : FAV - 2qa = 0 A: MA - 2qa . 3a = 0 MA = 6qa2 FAV = 2qa

0 ≤ z1 ≤ 2a

→ : FL(z1) = 0; ↑ : FQ(z1) = -qz1; FQ(0) = 0 FQ(2a) = -2qa S : M(z1) = -qz1

. 0,5z1; M(0) = 0 M(2a) = -2qa2

0 ≤ ϕ ≤ 180°

( )

F qasin F qasinF qacos F qacos

qa a asin qa

L L

Q Q

( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) ( )

ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ ϕ ϕ

− = =

+ = = −

+ + = = − +

2 0 22 0 2

2 0 2 12M M sin

ϕ = 0°: FL(0°) = 0 FQ(0°) = -2qa M(0°) = -2qa2

ϕ = 90°: FL(90°) = 2qa FQ(90°) = 0 M(90°) = -4qa2

ϕ = 180°: FL(180°) = 0 FQ(180°) = 2qa M(180°) = -2qa2

0 ≤ z2 ≤ 4a

→ : FL(z2) = 0; ↑ : FQ(z2) = FAV = 2qa; S : M(z2) = MA -FAV

(4a- z2); M(0) = -2qa2 M(4a) = 6qa2

Mmax = 6qa2

2qa

FAH

FAV

M A

3a

z1

FL(z1)

FQ(z 1)

M(z1)qz1

M(ϕ)

FL(ϕ)

asinϕ

ϕ

FQ(ϕ)2qa

a

4a-z2FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)MAFAH

FAV

2

FL in qa

FQ in qa

MA in qa2

2+

+

-2

+

-

6

2

24

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Lösung 3.3.20

Ermittlung der Schnittreaktionen aus: F z q z dz

M z F z dz

Q

Q

( ) ( )

( ) ( )

= −

=

∫∫

Aus FQ sind die Lagerreaktionen bestimmbar. 0 ≤ z ≤ a Integration:

F z qa

az C

M z q aa

z C z C

Q ( )

( )

= +

=

+ +

0 1

0 1 2

22

22

ππ

ππ

cos

sin2

Bestimmung der Integrationskonstanten aus den Randbedingungen: z = 0: M(0) = 0 C2 = 0

z = a: M(a) = 0 Ca

q a1 0

21 2= − ⋅

π

F z qa

z

M z qa

z za

Q( )

( )

= −

= −

42 2

1

42

2 0

2 0

ππ π

ππ

a cos

a sin2

Auflagerreaktionen:

↑ : FBV = FQ(0) = −

42

12 0ππ q a = 0,23q0a

↑ : FC = -FQ(a) =42 0π

q a = 0,41q0a

Querkraftnullstelle: π π2 2

1 0cosa

z −

= z a= 0 56,

Maximales Moment: Mmax = M(z = 0,56a) = 0,085q0a2

Lösung 3.3.21

→: FAsinα - FBH = 0 ↑ : FAcosα - 2qa + FBV - F = 0 B: - FAsinα . 3a - FAcosα . 2a + 2qa2 -F . a = 0 Es ist: sin cosα α=

+= =

aa a2 24

15

25

Ergebnis: FA = 0,48qa; FBH = 0,21qa; FBV = 2,07qa

FBV z

q0

FC

q(z)FBH

FQ(0)

FBV

FQ(a)

FC

FA

2qa

FFBH

FBV

αα

a

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0 51≤ ≤z a

( ) 211

2111

111

111

52cos

21)(

54ccos)(

52sincos)(

qzzFzqzFzM

qzFosqzFzF

qzqzzF

AA

AAQ

L

−=−=

−=⋅−=

−=⋅−=

α

αα

αα

z1 = 0: FL(0) = 0; FQ(0) = 0,48qa M(0) = 0 z a1 5= : FL( 5a ) = -0,89qa; FQ( 5a ) = -1,31qa M( 5a ) = -0,93qa2

Querkraftnullstelle: z Fq

aA1

54

0 6= = ,

Extremwert für M: M z qa( ) ,120 14=

Nullstelle für M: $ ,z Fq

aA1

52

1 2= =

0 ≤ z2 ≤ 2a

→ : FL(z2) = F - FBV = - 1,57qa; ↑ : FQ(z2) = FBH = 0,21qa; S : M(z2) = -FBH (2a-z2) - Fa; M(0) = -0,93qa2 M(2a) = -0,5qa2

0 ≤ z3 ≤ a → : FL(z3) = 0; ↑ : FQ(z3) = F = 0,5qa; S : M(z3) = -F(a-z3); M(0) = -Fa = -0,5qa2 M(a) = 0

|Mmax| = 0,93qa2

FA

z1

qz1cosα

α

z1cosα

FL(z 1)

M(z 1)

FQ(z1)

z2FL(z2)

FQ(z2)M(z2)

F2a-z2

FBVFBH

z3

FL(z3)

FQ(z3)M(z3) F

a-z3

FQ in qa

0,89

1,57

FL in qa

+

-

-

+

-+0,48

1,31

0,21 0,5

M in qa2

-

-

-+

0,93

0,5

0,140,6a

1,2a

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Lösung 3.3.22

Alle horizontalen Kraftkomponenten sind Null! ↑: FAV - F + FG1V = 0 A: - F . a + FG1V . 2a = 0 ↑: -FG1V + FB - F + FG2V = 0 G2: F . a - FB . 2a + FG1V . 3a = 0 ↑: -FG2V + FC - F + FD = 0 D: F . a - FC . 2a + FG2V . 3a = 0

Ergebnis:

F F F

F F F F F F F F

F F F F

AH G H G H

AV B C D

G V G V

= = =

= = = =

= =

1 2

1 2

012

54

78

38

12

14

; ; ;

; ;

Ermittelt man die Schnittgrößen am getrennten System, sind 8 Schnitte erforderlich. Behandelt man die Gelenkkräfte als innere Kräfte, so kommt man mit 6 Bereichen aus. Alle Längskräfte sind Null! 0 ≤ z1 ≤ a

↑ : FQ(z1) = FAV = 0,5F; S : M(z1) = FAV . z1 M(0) = 0 M(a) = 0,5Fa

0 ≤ z2 ≤ 2a ↑ : FQ(z2) = FAV - F = - 0,5F; S : M(z2) = FAV(a+z2) - F . z2 M(0) = 0,5Fa; M(a) = 0(Gelenk); M(2a) = - 0,5Fa

0 ≤ z3 ≤ a ↑ : FQ(z3) = FAV - F + FB = 0,75F; S : M(z3) = FAV(3a+z3) - F(2a+z3) + FB . z3 M(0) = - 0,5Fa; M(a) = 0,25Fa

0 ≤ z4 ≤ 2a

FAH

FAV

FFG1H

FG1VF

FFG1V

FG1H

FB FG2V

FG2H

FG2V

FG2H

FC FD

z1

FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)

FAV

z2FL(z2)

FQ(z2)

M(z2)

FAV

FG1

z3

FL(z3)

FQ(z3)

M(z3)

FAV

FG1

FB

z4

FL(z4)FQ(z4)

M(z4)

FAV

FG1

FB

F

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↑ : FQ(z4) = FAV - 2F + FB = - 0,25F; S : M(z4) = FAV(4a+z4) - F(3a+z4) + FB(a+z4) - F . z4 M(0) = 0,25Fa; M(a) = 0(Gelenk); M(2a) = -0,25Fa 0 ≤ z5 ≤ a

↑ : FQ(z5) = F - FD = 0,625F; S : M(z5) = -F(a-z5) + FD(2a-z5); M(0) = - 0,25Fa M(a) = 0,375Fa

0 ≤ z6 ≤ a ↑ : FQ(z6) = -FD = -0,375F; S : M(z6) = FD(a-z6); M(0) = 0,375Fa M(a) = 0

+

-

+-

+-

+-

+-

+

FQ in F

M in Fa

0,5

0,50,25

0,750,37

0,62

0,5

0,5

0,25

0,25

0,37

Lösung 3.3.23

Aus Symmetriegründen im Teil I folgt F F qaA GV= =12

0 ≤ z ≤ l ↑ : FQ(z) = FA -qz

S : M(z) = FA . z - 12

2qz

M(0,5a) = 0,125qa2; M(a) = 0 M(l) = - 0,5ql(l-a) MmaxI = MmaxII

( )18

12

4 4 4 4 0 2 2 1 0 8282 2 2 2 2qa ql l a a l la a la l a l l= − = − + − = = − =( ) ,

z5

FL(z5)

FQ(z5)M(z5) F

a-z5 FD

z6

FL(z6)

FQ(z6)M(z6)

FDa-z6

zFL(z)

FQ(z)

M(z)

FA

qz

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Lösung 3.3.24

→: FAH - FGH = 0 ↑: FAV - 3qa + FB - FGV = 0

A: -3qa ⋅32

a + FB . 2a - FGV

. 3a = 0

→: -FC + FGH = 0 ↑: - qa + FGV = 0

G: -qa ⋅12

a + FC . a = 0

Ergebnis: F qa F qa F qa F qa F qa F qaAH AV B C GH GV= = = = = =12

14

154

12

12

; ; ; ; ;

0 ≤ z1 ≤ 2a

→ : FL(z1) = -FAH = - 0,5qa

↑ : FQ(z1) = FAV -qz1 = q a z4 1−

FQ(0) = 0,25qa; FQ(0,25a) = 0; FQ(2a) = -1,75qa

S : M(z1) = FAV . z1 - 12 1

2qz = qz a z1

12 2−

M(0) = 0; M(0,25a) = 0,03qa2; M(2a) = -1,5qa2

0 ≤ z2 ≤ 2a

→ : FL(z2) = -FC = - 0,5qa ↑ : FQ(z2) = q (2a - z2) FQ(0) = 2qa; FQ(2a) = 0

S : M(z2) = FC . a - ( )12

2 22q a z−

M(0) = -1,5qa2; M(2a) = 0,5qa2

0 ≤ z3 ≤ a

↑ : FL(z3) = 0 →: FQ(z3) = -FC = - 0,5qa S : M(z3) = FC . (a - z3) M(0) = 0,5qa2; M(a) = 0

Mmax= 1,5 qa2

FAH FAV

3qa

FB

FGH

FGV

FGH

FGV

qaFC

z1FL(z1)

FQ(z1)

M(z1)

FAV

qz1

FAH

z2

FL(z2)

FQ(z2)M(z2)

2a-z2

q(2a-z2)FC

z3

FL(z3)

FQ(z3)

M(z3)

FCa-z3

FL in qa-0,5

FQ in qa-

+

-

+0,25

1,75

2

0,5

-+

+ M in qa2

0,03

1,5

0,5

0,25a

0,5a

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Lösung 3.3.25

→: FAH - FGH + qa = 0 ↑: FAV - 2qa + FGV = 0

A: -2qa ⋅12

a - qa ⋅12

a + FGH . a +FGV

. a = 0

→: -FBH + FGH = 0 ↑: - FGV -2qa + FBV = 0

B: 2qa ⋅12

a + FGV . a - FGH

. a = 0

Ergebnis: F qa F F qa F qa F qa F qaAH BH GH AV BV GV= = = = = =

45

47

49

4 4; ; ;

0 ≤ z1 ≤ a

↑ : FL(z1) = -FAV = - 7

4qa

→ : FQ(z1) = -FAH -qz1 = -q a z4 1+

FQ(0) =- 0,25qa; FQ(a) = -1,25qa

S : M(z1) = -FAH . z1 - 12 1

2qz = -qz a z1

12 2+

M(0) = 0; M(a) = -0,75qa2

2qa

qa2qa

FAH

FAV

FGH

FGH

FGV

FGV

FBH

FBV

z1

FL(z1)

FQ(z1)M(z1)

FAV

qz1

FAH

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0 ≤ z2 ≤ 2a → : FL(z2) = -FAH - qa = - 1,25qa

↑ : FQ(z2) = FAV -2qz2 = ( )q a z4

7 8 2−

FQ = 0 z a a278

0 875= = ,

FQ(0) = 1,75qa; FQ(0,875a) = 0; FQ(2a) = -2,25qa

S : M(z2) = FAV . z2 - FAH . a - 12

222qa qz− = ( )− − +

q a az z4

3 7 422 2

2

M(0) = - 0,75qa2; M(0,875a) = 0,016qa2; M(2a) = -1,25qa2

0 ≤ z3 ≤ a

↑ : FL(z3) = - FBV = -2,25qa →: FQ(z3) = FBH = 1,25qa S : M(z3) =- FBH . (a - z3) = -1,25qa . (a - z3) M(0) = -1,25qa2; M(a) = 0

qa

FAH FAV

z2

FQ(z2)

FL(z 2)M(z 2)2qz2

z3

FL(z3)

FQ(z3)M(z 3)

FBH

a-z3

FBV

FL in qa

-

-

-

1,75

1,25 2,25

FQ in qa

0,25

1,25

1,75

0,875a 2,25

1,25

- +-

+

-- -

-

0,750,02

1,25

0,75a

M in qa2Mmax= 1,25qa2

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Lösung 3.3.26

→: FAH - FGH + F = 0 ↑: FAV - FGV = 0 A: - F . 12a+ FGH

. 12a -FGV . 4a = 0

→: -FBH + FGH = 0 ↑: FGV -8qa + FBV = 0 B: 8qa ⋅4a - FGV

. 8a - FGH . 8a = 0

Ergebnis: F qa F F qa F qa F qa F qaAH BH GH AV BV GV= = = = = =

252

32

132

32

; ; ;

0 ≤ z1 ≤ 12a

↑ : FL(z1) = -FAV = - 3

2qa

→ : FQ(z1) = -FAH = -12

qa

S : M(z1) = -FAH . z1 = -12 1qaz

M(0) = 0; M(12a) = - 6qa2

0 ≤ z2 ≤ 4a

→ : FL(z2) = -FAH - F = - 2,5qa ↑ : FQ(z2) = FAV = 1,5qa

S : M(z2) = FAV . z2 - FAH . 12a = ( )− −32

4 2qa a z

M(0) = - 6qa2; M(4a) = 0

0 ≤ z3 ≤ 8a

→ : FL(z3) = -FGH = - 2,5qa

↑ : FQ(z3) = FGV -qz3 = q a z32 3−

FQ(0) = 1, 5qa; FQ(1,5a) = 0; FQ(8a) = -6,5qa

8qa

FAH

FAV

FGH

FGH

FGV

FGV

FBH

FBV

F

z1

FL(z1)

FQ(z1)M(z1)

FAVFAH

F

FAH

FAV

z2FQ(z2)

FL(z 2)M(z 2)

qz3

FGH

FGV

z3FQ(z3)

FL(z3)M(z3)

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S : M(z3) = FGV . z3 - 12 3

2qz = ( )qz a z332

3 −

M(0) = 0; M(1,5a) = 1,125qa2; M(3a) = 0; M(8a) = -20qa2

0 ≤ z4 ≤ 8a

↑ : FL(z4) = - FBV = -6,5qa →: FQ(z4) = FBH = 2,5qa S : M(z4) =- FBH . (8a - z4) = -2,5qa . (8a – z4) M(0) = -20qa2; M(8a) = 0

z4

FL(z4)

FQ(z4)M(z 4)

FBH

8a-z4

FBV

FL in qa

-

-

-

6,5

2,5

1,5FQ in qa

-

++

-

2,5

6,51,5a

1,5

0,5

M in qa2

6

-

- -

-

3a20

+1,1

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4. Das räumliche Kraftsystem 4.1 Das zentrale räumliche Kraftsystem Lösung 4.1.1

d c b cm

d a b cm

d a b c cmcd

bd

cd

dd

ad

bd

12 2

22 2

32 2 2

1 1

3

2

3

2 2

33 54

36 06

39 05

= + =

= + =

= + + =

= =

= =

= =

,

,

,

;

;

;

sin cos

sin cos

sin cos

α α

β β

γ γ

: ,

: ,

: ,

F F F F F dd

ad

F F ad

N

F F F F bd

F dd

bd

F bd

F bd

N

F F F F F F cd

F cd

N

Rx

Ry

Rz

= + = + ⋅ = + =

= + = + ⋅ = + =

= + + = + + =

1 4 1 42

3 21 4

3

2 4 21

42

3 22

14

3

3 2 4 3 21

43

253 65

409 36

304 68

cos sin

cos cos cos

sin sin

β γ

α β γ

α β

F N

Richtung FFFFFF

R

RRx

RR

RRy

RR

RRz

RR

=

= = = °

= = = °

= = = °

569 86

0 4451 63 5

0 7184 44 1

0 5347 57 7

,

: , ,

, ,

, ,

cos

cos

cos

α α

β β

γ γ

y

z

d1 c

bF2

α

β

γ

F2y

F2z

z

d2

cF4

F4z

F4xy

d3

y

x

F4xy a

b

d2

x

y

z

F1

F2

F3 F4Fz

Fxy ab

c

Page 65: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Lösung 4.1.2

x: FS2 sinα - FS1 sinα = 0 FS1 = FS2 y: FS2 cosα + FS1 cosα + FS3 cosβ = 0 z: -F + FS3 sinβ = 0

sin cos sin = 45

; cosα α β β= = = = = = =345

15

645

25

8100

6100

352 2 2 2

aa

aa

aa

aa

; ;

Ergebnis: F F F F F F FS S S1 2 323 516

54

= = − = − = =cotcos sin

βα β

;

Lösung 4.1.3

x: -FS2 sin45° + FS1 sin45° = 0 FS1 = FS2 y: -FS2 cos45° - FS1 cos45° - FS3 sin45° = 0 z: -F - FS3 cos45° = 0

Ergebnis: F F F N F F NS S S1 2 32

2707 2 1414= = = = − = −;

Lösung 4.1.4

31=cos

232=sin

53=cos

54=sin

β

β

α

α

51=cos

52=sin

215=cos

214=sin δδγγ

xy

z

α

βα

FFS1sinα

FS2sinαFS2cosα

FS1cosα

FS3sinβ

FS3cosβ

45°

45°45°

Fx

y

z

FS1

FS2

FS3

α

β γ

δFACcosγ sinδFADcosα

FABsinβ

FACsinγ

FADsinα

FAE

FACcosγcosδFABcosβ⋅ 1

2 2 FABcosβ⋅ 12 2

A

E B

A

A

E

E C

D

E

C

3a

4a5a

4a

a 2 a 5

4a

a

2a

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F F

F F F F kN

AB AC

AB AC AB AC

cos12

cos sinβ γ δ⋅ = ⋅

= = =

2

16

2 221

1242

37 03,

( )

F F F

F F F

F F F kN

AD AB AC

AD AC AC

AD AC AD

cos cos cos cos

35

cos sin + cos

α β γ δ

γ δ δ

= ⋅ +

= =

= =

12

2

321

521

21 82,

F F F F

F F F F F kN

AD AB AC AE

AD AB AC AE AE

sin + sin + sin

+ 23

+ 421

α β γ =

= =45

2 69 825,

Lösung 4.1.5

Es ist: FW = FG Aus Symmetriegründen oder aus Summe aller Kräfte in x-Richtung folgt FS1 = FS2 x: FS1 sinα cosα - FS2 sinα

cosα = 0 FS1 = FS2 → y: -FS1cos2α - FS2cos2α + FS3cosα -FWcosα = 0 2FS1cosα - FS3 = -FG ↑ z: -FS1sinα - FS2sinα - FS3sinα - Fwsinα -FG = 0 2FS1sinα + FS3sinα = -FG(1+sinα)

( )( )

( )( )

F F F F kN

F F F kN

S S G G

S G G

1 2

3

1 22 1

2 1 33 3

3 155

11

2 33 3

0 155

= = −+

+= −

+= −

= −+ −

+= −

−= −

sinsin cos

cos sin sinsin cos

αα α

α α αα α

,

,

4.2 Das allgemeine räumliche Kraftsystem Lösung 4.2.1 r r r r

r

F F e F e F e

F F F F FF F F F F

F F F F F

F

R Rx x Ry y Rz z

Rx

Ry

Rz

R

= + +

= − = − =

= − + = − + =

= − = − =

=3 6

1 4

2 5

2 2 00

3 3 0

0

x

yz

αα

FS1cosα cosα

FS1sinα

FS1cosα

FS1

FS1cosα sinα x yz

αα

FG

FS3FWFS1

FS2

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zyxR

Rz

Ry

Rx

zRzyRyxRxR

eFaeFaeFaMFaaFaFMFaaFaFM

FaaFaFM

eMeMeMM

rrrr

rrrr

35435

4

64

35

54

++−=

=⋅+⋅=

=⋅+⋅=−=⋅−⋅−=

++=

Lösung 4.2.2

M F b F lcosM F lsin Nm

M Mcos M Msin

M M M Nm

M F l F Ml

N

y

x

x y

x y

= +

= =

= = = = °

= + = = °− = °

= = =

1 2

2

2 2

3 3

38 97

1 5 56 3

70 29 90 33 7

39 05

α

α

β β β β

γ β

= 58,5Nm

tan =MM

y

x

,

, ,

, ,

,

Lösung 4.2.3

l h a l a

F Fhl

F

F F al

F

F F F

F F F

Cy C C

Cxz C C

Cx Cxz C

Cz Cxz C

2 2 234 6 34

0 394

34 0 92

334

0 4732

534

0 78864

= + =

= =

= =

= =

= =

,

,

,

,

,

sin = F

cos = F

sin = F

cos = F

C

C

Cxz

Cxz

α

α

β

β

AB

)6(053:

5,121)5(05

25:

394,032)4(032:

)3(0:)2(0:

)1(0:

=⋅−⋅

−=−==⋅−⋅−

===⋅+⋅−

=−

=+−+↓

=−+→

aFaF

kNFFaFaF

FFFaFaF

FFFFFF

FFF

BxBz

GByByG

CGCyCyG

CzBz

GCyByAy

CxBxAx

aus ( 4 ) : FC = 1,69 FG = 5,076 kN aus ( 3 ) : FBz = 0,78864 FC = 4 kN

aus ( 6 ) : F F kNBx Bz= =35

2 4,

aus ( 1 ) : FAx = 0

aus ( 2 ) : F F kNAy G= =16

0 5,

F1b

F2l

M

F3 .

30°

βγ x

y

xy

z

A

B

C

FG

FCFCxz

αβl h3a

5a

FCxz

AC

C

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Lösung 4.2.4

:

:

:

− + ⋅ = =

− =

− ⋅ − ⋅ − ⋅ + = =

F y F a y a

F F

F a F a F a F x x a

Q Q S Q

S Q

S S S Q Q Q

4 0 43

3 0

2 5 0 83

)3(025324:)2(1202244:)1(024:

3212

23

23

2321

=⋅−⋅−⋅−⋅

==⋅−⋅

=⋅−++

aFaFaFapapaFapaaF

apFFF

SSS

SS

SSS

012)1(0548)3(24

122

2122

=++−

=−−=

SS

SSR

FFpaFFpapaF

221

22

211

2

312:)1(90436:)1()3(paFFpaFauspaFFpa

SSS

SS

=−=

==−+

Lösung 4.2.5 Aus Symmetriegründen folgt: FS4 = FS5 und FS2 = FS3

Knoten I:

↓ + = = = − = −

+ ⋅ = = −

=

: ,

:

F F F F F F

F F F F

F F

S S S

S S S S

S

216

06

21 2

2 56

25

0 2 63

2

5 5 4

6 5 6 5

6

Knoten II:

: ,

: ,

− + = = = =

↓ + = = = − = −

F F F F F F

F F F F F F

S S S S

S S S S S

6 1 1 6

1 2 2 3 1

12

0 2 2 2 2 8

22

2 22

0 12

1 4

Lösung 4.2.6

sin cos

sin cos

α α= =

°= ° =

15

25

45 45 12

2

;

x

y

FQFS

FS

FS

a

4a

a

4a2axQ

yQ

x

yFR

FS1

FS2FS3

a 5a 6

I

II F

a

2a

a

FS6

FS4

FS5

FS1 FS2FS3

A

α

FWFG

FS1FS2FS3 FS4

FS5FS6

2aa

ax y

z

x

y

x y

Page 69: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

:

: ,

:

:

:

: ,

12

2 12

2 0

0 52

112

12

212

2 0

12

2 2 0

12

12

2 0

12

12

2 2 0 24

0 35

6 2 6 2

4 4

1 3 5 2 6 4

5 6

1 6

6 6 2

F F F F

F F F F F

F F F F F F F

A F a F a F a F a

A F a F a F a

A F a F a F F F F

S S S S

S W S W W

G S S S S S S

G W S S

G S S

W S S S W W

− = =

→ + = = − = −

↑ − − − − − − − =

− − − − =

− − − =

− − = = = − = −

cos

sin

α

α

Und damit: ( )F F F F F F FS G W S G S W1 5 314

2 12

34

= − − = − =; ;

Lösung 4.2.7 Vereinfachte Rechnung: Strahlensymmetrie zur Schwerelinie, d,h. FS1 = FS3 = FS5 = FSV und FS2 = FS4 = FS6 = FSD.

Gleichgewichtsbedingungen:

z F a M F Ma

z F F mg FMa

mg

aa l

la l

FMl

amg

FM a l

a

SD SD

SV SD SV

SV SD

:

:

36

3 0 23

3 3 02

3

23 3

23

2 2 2 2

2

2 2

2

sinsin

coscot

3

sin cos cot = la

αα

αα

α α α

⋅ + = = − ⋅

↑ − − − = = ⋅ −

=+

=+

= − = −+

Lösung 4.2.8

( )

→ − + = =

− ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + =

=−

⋅ − ⋅ − ⋅ + = = + −

⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ + =

= − + +−

:

:

:

:

F F F F

C F a F a Fa

Fa

M

FF F M

a

B F a F a F a M F F F Ma

C F a F a F a F a M

F F FM M

a

S y S y

S S x y z

Sy x z

S y z x S yz x

S S x z y

S x yx y

1 1

1 2

2

3 3

3 4

4

0

2 20

2

20

2

20

M

mg

S

FSVFSV

FSV

FSDFSD

FSD

α

α

α

a6

3

z

A B

CD

Fx Fy

Fz

MxMy

Mz

x

y

z

FS1

FS2

FS3 FS4

FS5

FS6

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A F a F a F a M F F F M

a

A F a Fa

Fa

M FF F M

a

S x z y S xz y

S x y z Sx y z

:

:

− ⋅ + ⋅ + ⋅ + = = + +

⋅ − ⋅ − ⋅ + = =+

5 5

6 6

20

2

2 20

2

Lösung 4.2.9

( ) ( )

( )

AB x rsin r rcos r

AC l r r r

= = + + = +

= = + + = +

=+

++

= −

ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ

αϕ

αϕϕ

ϕϕ ϕ ϕ

2 2

2 2

2 1

2 1 3 2

13 2

2 13 2

12

1

(

(

(

cos )

cos ) cos

sin = rl cos

cos =cos )cos

sin2

cos sin = 1- cos2

°><°−>−+

>−+

+⋅=⋅=

=

=−

606001cos23cos

01cos23cos

cos23

lr-cos

1

0lr-cos

)1(0sin+cos:

00

0

0

ϕϕϕ

ϕϕϕ

ϕ

ϕ

αϕ

rM

rMF

rFM

rFrFM

S

S

SS

( )

( ) ( )

( ) :

( ) :

( ) :

( ) :

( ) :

2 01

3 1 0

4 0

5 1 2 02

1 11

6 2 012

0

0

→ − = =−

↑ + + + =

− + =

+ − + ⋅ = = −+ −

− + − ⋅ = = −

F F F Mr

F F F

F F F

F r F r F r F Mr

F F F r F F

Dz S Dz

Dy S Ey

Dx S Ex

S S Ey Ey

S S Ex Ex S

cos sin2

sincos 3 + 2cos

sin

cos cos2

sin sin3 + 2cos sin

cos 3 + 2cos

r cos sin2

r cos cos2

cos cos2

sin2

αϕ ϕ

ϕ ϕ

α

αϕ

α ϕϕ ϕ

ϕ ϕ

αϕ

αϕ

αϕ ϕ

( )( ) ( ):

( ) ( ):

3 12

5 12

1

4 12

6 12

− = − +

+ = +

rF F

rF F

Dy S

Dx S

sin + sin

cos2

sin2

cos

α ϕ

ϕ ϕα

A x B

l

FSFS

C

r

α

ϕ

FScosαA

Bx

ϕ2

2coscos ϕαSF

2sincos ϕαsF

FS

FDx

FDy

FDzFEx

FEy

FSsinα

rsinϕ

rcosϕ

M0

DE

D

D

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Lösung 4.2.10 Symmetrie:

( )

( )

h b m l l a m

l l h b m

FF F

F mg lh b

kN

F mga

h bkN

Sp

S Sp

S

S

SS

− = = + =

= + − =

− =

=⋅−

=

=−

=

11 18 25

21 31

22 0

22 375

0 669

2 2

2 2

,

,

::

,

( ),

sin - mg = 0cos sin

α

α β

kNmhFM

MkNmhFM

kNFalFFF

kNmgFF

kNFFF

Dz

DyDx

SDz

SDy

SDx

521

0303

2321coscos

226,121sin

3345.021sincos

=⋅=

==⋅=

==⋅==

===

===

βα

α

βα

Lösung 4.2.11

:

:

:

:

:

F F F F F N

F F F F F N

F a F h F Fah

N

F a F a F F N

F a F a F F N

AV BV G AV G

AH BH C AH C

G C C G

G BV BV G

BH C BH C

+ − = = =

+ − = = =

− ⋅ + ⋅ = = =

⋅ − ⋅ = = =

⋅ − ⋅ = = =

0 14

250

0 12

100

2 0 2 200

3 4 0 34

750

4 2 0 12

100

al EFSp

β

α

FScosαcosβ

FScosαcosβ

2FSsinα

2FScosαsinβ

h-blSp

lS

mgF

lSp

A DB

CFG

FAH

FC

FAV FBHFBV

A

A

AB

FSsinα

FScosαcosβ FScosαsinβ

FDx FDy

FDz

MDx

MDy

MDz

Page 72: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

4.3 Schnittgrößen im räumlich belasteten Balken Lösung 4.3.1

Nach dem Erstarrungsprinzip gilt:

Fu1 . r01 - Fu2 . r02 = 0 oder F F rru u2 101

02

= ⋅

Fu1 = 4500N Fa1 = 1640N Fr1 = 1740N Fu2 = 10800N Fa2 = 3930N Fr2 = 4180N

Lagerreaktionen: FAx - Fr1 - Fu2 + FBx = 0 A: -Fu1l1 - Fr2(l1 + l2) + Fa2r02 + FBy(l1 + l2 + l3) = 0 ↑: FAy - Fr2 - Fu1 + FBy = 0 A: -Fr1l1 - Fu2(l1 + l2) - Fa1r01 + FBx(l1 + l2 + l3) = 0 →: FAz + Fa1 - Fa2 = 0 Ergebnis: FAx = 3660N FAy = 5580N FAz = 2290N FBx = 8880N FBy = 3100N 0 ≤ z1 ≤ l1

FL1 = - FAz = - 2290N FQx1 = - FAx = -3360N FQy1 = FAy = 5580N Mx1 = FAy . z1 Mx1(0) = 0 Mx1(l1) = 307Nm My1 = - FAx . z1 My1(0) = 0 My1(l1) = -201Nm Mz1 = 0

0 ≤ z2 ≤ l2

FL2 = - FAz - Fa1 = - 3930N FQx2 = - FAx + Fr1= -1920N FQy2 = FAy - Fu1 = 1080N Mx2 = FAy . (l1 + z2) -Fu1 . z2 Mx2(0) = 307Nm Mx2(l2) = 383Nm My2 = - FAx . (l1 + z2) + Fr1 . z2 - Fa1 . r01 My2(0) = -398Nm My2(l2) = -533Nm Mz2 = -Fu1 . r01 = -540Nm

0 ≤ z3 ≤ l3

FL3 = 0 FQx3 = FBx = 8880N FQy3 = - FBy = -3100N Mx3 = FBy . (l3 - z3) Mx3(0) = 186Nm Mx3(l3) = 0 My3 = - FBx . (l3 - z3) My3(0) = -533Nm My3(l3) = 0 Mz3 = 0

FAz

FAxFAy

y Fu1

Fu2

Fa1

Fa2

Fr1

Fr2

FBx

zFBy

z1

Mx1My1

Mz1FL1FQx1FQy1

FAx FAy

FAz

z2

Mx2

My2

Mz2FL2FQx2

FQy2FAx FAy

FAz

l1

Fr1

Fa1

Fu1

z3

Mx3 My3

Mz3 FL3FQx3

FQy3 FBx

FBy

l3-z3

Page 73: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

2290N

3930N

-FL

y-z-Ebene x-z-Ebene

+-FQy

5580N1080N

3100N

Mx

+

-

307Nm 383Nm186Nm

540NmMz

-+

FQx

3660N 1920N

8880N

-201Nm398Nm

533Nm

My

Mbmax bei z2 = l2 = 70mm M M z l M z l Nm Nmx ybmax = = + = = + =2

22 2 2

22 2

2 2383 533 656( ) ( ) Lösung 4.3.2

FAx = F1 = 100N FAy = F2 + F4 = 300N FAz = F3 = 80N MAx = F2 . 7a + F4 . 3a = 130Nm MAy = F1 . 7a + F3 . 6a = 118Nm MAz = F2 . 6a = 60Nm

0 ≤ z1 ≤ 6a

FL1 = - F1 = - 100N FQx1 = - F3 = - 80N FQy1 = - F2 = -100N Mx1 = - F2 . z1 Mx1(0) = 0 Mx1(6a) = -60Nm My1 = - F3 . z1 My1(0) = 0 My1(6a) = - 48Nm Mz1 = 0

0 ≤ z2 ≤ 4a FL2 = F3 = 80N FQx2 = - F1 = -100N FQy2 = - F2 = -100N Mx2 = -F2 . z2 Mx2(0) = 0 Mx2(4a) = -40Nm My2 = - F3 . 6a - F1 . z2 My2(0) = -48Nm My2(4a) = -88Nm

F1

F2

F3 F4

FAxFAy

FAz

MAx

MAy MAz

F1

F2

F3

z1FQx1

FQy1

FL1

Mx1My1

Mz1

F1

F2

F3

z2FQx2

FQy2

FL2Mx2

My2

Mz2

Page 74: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Mz2 = F2 . 6a = 60Nm 0 ≤ z3 ≤ 3a

FL3 = F3 = 80N FQx3 = - F1 = -100N FQy3 = - F2 - F4 = -300N Mx3 = -F2 . (4a + z3) - F4

. z3 Mx3(0) = - 40Nm Mx3(3a) = -130Nm My3 = - F1 . (4a + z3) - F3 . 6a My3(0) = - 88Nm My3(3a) = -118Nm Mz3 = F2 . 6a = 60Nm

Lösung 4.3.3

FAx = F2 = 2qa FAy = F1 + 2qa = 3qa FAz = 0 MAx = F1 . 2a + 2qa . a = 4qa2

MAy = F2 . 2a = 4qa2

MAz = F1 . a = qa2

F1

F2

F3 F4

FQx3

FQy3

FL3

Mx3

My3 Mz3

z3

+

-

-

-FQy in N

FL in N

FQx in N

Mx in Nm

My in Nm

Mz in Nm

100

80100300

6040 130

+60

80100

-

48

118-

F1

F2 2qa

FAxFAy

FAz

MAx

MAy MAz

Page 75: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

0 ≤ z1 ≤ a

FL1 = - F2 = - 2qa FQx1 = 0 FQy1 = - F1 = -qa Mx1 = - F1 . z1 Mx1(0) = 0 Mx1(a) = - qa2

My1 = 0 Mz1 = 0

0 ≤ z2 ≤ 2a

FL2 = 0 FQx2 = - F2 = - 2qa FQy2 = - F1 - qz2 FQy2(0) = - qa FQy2(2a) = - 3qa

Mx2 = -F1 . z2 -12 2

2qz Mx2(0) = 0 Mx2(2a) = -4qa2

My2 = - F2 . z2 My2(0) = 0 My2(2a) = -4qa2

Mz2 = F1 . a = qa2

F1

F2

z1FQx1

FQy1

FL1

Mx1My1

Mz1

F1

F2

qz2

z2FQx2

FQy2

FL2

Mx2My2

Mz2

-

-

-FQy in qa

FL in qa

FQx in qa

Mx in qa2

M y in qa 2

M z in qa2

2

13

1

4

+1

2-

4-

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Lösung 4.3.4 0 ≤ z1 ≤ l

FL1 = F2 FQx1 = - F1 FQy1 = - F3 Mx1 = - F3 . z1 My1 = - F1 . z1 Mz1 = 0

0

2≤ ≤ϕ

π

: FLϕ = F1sinϕ + F2cosϕ : FQy2 = - F3 : FQr = - F1 cosϕ + F2 sinϕ

Mr = - F3 (Lcosϕ + Rsinϕ) My2 = - F1 (L + Rsinϕ) + F2 R(1 - cosϕ) Mϕ = F3 [Lsinϕ + R (1 - cosϕ)] Mr, My2 - Biegemomente Mϕ - Torsionsmoment

F1

F2 F3

z1 FQx1

FQy1 FL1

Mx1 My1

Mz1

F1

F2 F3

ϕ FQr

FQy

FLϕ

Mr

My Mϕ

ϕ ϕ

F1

F2

M

L

Lcosϕ Rsinϕ

ϕ

ϕ Rsinϕ Lsinϕ

R(1-cosϕ)

R(1-cosϕ)

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5.Der Schwerpunkt Lösung 5.1

xx l

ly

y l

lS

Si ii

ii

S

Si ii

ii

= ==

=

=

=

∑1

6

1

61

6

1

6; ;

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i l mm x mm y mm x l mm y l mmi Si Si Si i Si i

2 2

1 20 10 10 200 200 2 10 20 15 200 150 3 30 35 20 1050 600 4 25 57,5 10 1437,5 250 5 65 32,5 0 2112,5 0 6 10 0 5 0 50 Σ 160 5000 1250

Damit xmmmm

mm ymmmm

mmS S= = = =5000160

31 21250

1607 8

2 2

, ; , ;

Lösung 5.2

1 2 3

4

5 6

x

y

xS

S yS

l1

l2

l3 l4

l5

A1 A2

A3 x

y

S2 S1

S3

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[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i l a x a y a x l a y l ai Si Si Si i Si i2 2

1 28 0 0 0 0 2 9,42 2 1 18,84 9,42 3 2 -3 -1 -6 -2 4 3 -1,5 -2 -4,5 -6 5 3,61 -1,5 -1 -5,41 -3,61 Σ 46,03 2,93 -2,19

Damit x a a y a aSl Sl= = = − = −2 93

46 030 06 2 19

46 030 05,

,, ; ,

,, ;

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A a x a y a x A a y A ai Si Si Si i Si i2 3 3

1 48 0 0 0 0 2 -7,07 2 1 -14,14 -7,07 3 -3 -2 -1,333 6 4 Σ 37,93 -8,14 -3,07

Damit x a a y a aSF SF= − = − = − = −8 14

37 930 22 3 07

37 930 08,

,, ; ,

,, ;

Lösung 5.3 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i l a x a y a x l a y l ai Si Si Si i Si i

2 2

1 3,14 1,27 1,27 4 4 2 3 0 3,5 0 10,5 3 5 1,5 3 7,5 15 4 1 3 0,5 3 0,5 5 1 2,5 0 2,5 0 Σ 13,14 17 30

l1

l2 l3

l4

l5

A1 A2

A3

x

y

S2 S1

S3

Page 79: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Damit x a y a aSl Sl= = = =17

13 141 29a 30

13 142 28

,, ;

,, ;

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A a x a y a x A a y A ai Si Si Si i Si i2 3 3

1 -3,142 0,849 0,849 -2,667 -2,667 2 3 1,5 0,5 4,5 1,5

3 6 1 2,333 6 14 x y rS S= =

43π

Σ 5,858 7,833 12,833

Damit x a a y aSF SF= = = =7 8335 858

1 34 12 8335 858

2 19a,,

, ; ,,

, ;

Lösung 5.4

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A mm x mm y mm x A mm y A mmi Si Si Si i Si i2 3 3

1 600 10 15 6000 9000 2 900 50 7,5 45000 6750 3 1100 90 27,5 99000 30250 Σ 2600 150000 46000

Damit x mm mm y mm mmSF SF= = = =150000

260057 5 46000

260017 7, ; , ;

SxS

yS

S3 A2

A1

A3

S2 S1 x

y

xS

S yS

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Lösung 5.5

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i l a x a y a x l a y l ai Si Si Si i Si i2 2

1 4 -2 -1,5 -8 -6 2 2,356 -4,955 -0,955 -11,674 -2,25 3 3,5 -3,75 0 -13,125 0 4 1,5 -2 0,75 -3 1,125 5 2 -1 1,5 -2 3 6 4,712 0,955 0 4,5 0 7 6,283 0 0 0 0 Σ 24,351 -33,299 -4,125

Damit x a a y a aSl Sl= − = − = − = −33 29924 351

1 37 4 12524 351

0 17,,

, ; ,,

, ;

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A a x a y a x A a y A ai Si Si Si i Si i2 3 3

1 3,534 0,637 0 2,25 0 2 6 -1 0 -6 0

3 3 -3 -0,75 -9 -2,25 x y rS S= =

43π

4 1,767 -4,637 -0,637 -8,194 -1,126 5 -3,142 0 0 0 0 Σ 11,159 -20,944 -3,376

Damit x a a y a aSF SF= − = − = − = −20 94411 159

1 88 3 37611 159

0 3,,

, ; ,,

, ;

l1 l2

l3 l4

l5 l6

l7

A1

A2 A3 A4

A5

SxS

yS

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Lösung 5.6

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A mm x mm y mm x A mm y A mmi Si Si Si i Si i

2 3 3

1 400 10 10 4000 4000 2 -78,5 15,76 15,76 -1237,2 -1237,2 3 350 37,5 5 13125 1750 4 78,5 59,24 4,24 4650,3 332,8 5 1000 5 70 5000 70000 6 78,5 4,24 124,24 332,8 9752,8 Σ 1828,5 25870,9 84598,4

Damit x mm mm y mm mmSF SF= = = =258711828

14 1 845981828

46 3, ; , ;

Vergleich mit DIN-Angaben: x cm y cmSF SF= =1 45 4 65, ; , ; Lösung 5.7

xA

x A yA

y A A A A

x y A mm

x mm y mm A mm

xmm

mmmm y

mmmm

mm

S Sii

i S Sii

i

S S

S S

S S

= = = +

= = =

= − = − =

=− ⋅

= − =− ⋅

= −

= =∑ ∑1 1

0 0 2290

4 75 13004 13003590

1 475 13003590

27 2

1

2

1

2

1 2

1 1 12

2 2 22

3

2

3

2

,

,

,

, ; ,

Lösung 5.8

Es gilt: Die Statischen Momente der Fläche bezüglich der Achsen durch S sind Null.

S y A S x Ax Sii

i y Sii

i= = = == =

∑ ∑1

2

1

2

0 0

Symmetrie zur y-Achse, d.h. Sy = 0 ist erfüllt.

1

2 3 4

5

6

S

h

1

2

x

y

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i Quadrat ya

h A a

i Dreieck y h A ah

S a h a ah h ah a

h a a Lösung

S

S

x

= = − =

= = − = −

= −

+ = − + =

= =

12

2 23 2

2 30 3 3

20

2 37 0 63

1 12

2 2

22

2 2

1

( ): ,

( ): ,

, ( , ( )scheidet aus), h 2

Lösung 5.9 Waagerechte Lage der Unterkante dann, wenn der Schwerpunkt S auf der Vertikalen durch A (y-Achse) liegt. Dann gilt Sy = 0.

acAufgabevergleiche

aaccbcbca

bcAcxDreiecki

bcaAcaxecki

S

S

63,0)8.5(

02330

62)(

2,

3:)(2

)(,2

:)Recht(1

2222

22

11

=

=+−=−−

=−==

−=−

==

Lösung 5.10

Äquivalenz:

( )

°=⇒==

=+⋅=⋅=

−=−=−°=

−=−°°=

9,4396154,0tan

0036,0

0026,0003,0321cos30

0025,0sin30+sin30

22

12

321

ϕϕS

S

GZSSGGZ

SGSG

SSG

xy

FFyxFMSFrF

rxFrFFrxF

ryrFrFrFyF

Lösung 5.11 Querschnitt symmetrisch zur x -Achse, d.h. yS = 0 .

xx A x A

A A

Normprofil x mm A mmStegblech x mm A mm

x mm

SS S

S

S

S

=++

− = − =

− = − =

= −

1 1 2 2

1 2

1 12

2 12

1 15 5 13502 52 5 500

25 5

: , ,: , ,

,

S 12

x

y

S M

Z1 2

3

x

y

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6.Flächenträgheitsmomente Lösung 6.1

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A c y c y A c I c I c y A ci Si Si i xxi yyi Si i2 3 4 4 2 4

1 6 0 0 12 18 0

2 9 5 45 2434

34 225

Σ 15 45 2454

754 225

Damit y c c I c I c c I cS xx xx yy= = = +

= −

= =4515

3 2454

225 11454

135 6054

754

4 4 4 4; ; ;

Lösung 6.2

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A h y h y A h I h I h y A hi Si Si i xxi yyi Si i2 3 4 4 2 4

1 40 0,5 20 83,33 213,33 10 2 -24 0 0 -32 -72 0

Σ 16 20 51,33 141,33 10

y h h I I h IS xx xx yy= = = = − ⋅

= =2016

1 25 61 33h 61 33 2516

16 36 33h 141 33h4 4 4 4, ; , ; , , ; ,

Ixy = 0; I1 = Iyy; I2 = Ixx Lösung 6.3

Zerlegung der Sechskantfläche in vier gleiche Teilflächen. Diese werden weiter in zwei Dreiecke zerlegt.

Das Flächenträgheitsmoment des Kreises ist I Id

xxK yyK= =π 4

64

Wegen mehrfacher Symmetrie gilt: Ixx = Iyy und Ixx = IxxK - IxxS

Ibh

xxD =3

12

y y,

xS1

S2

S1 S2

y y,

x

x

y

x

y

b

h

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h s

Is s s s

s

I I d s

xxS

xx yy

=

=

=

= = −

3

4 312

2 2 312

5 3144

645 3144

3 3

4

44π

Lösung 6.4

Für I20 entnimmt man DIN1025: A = 3,35 . 103mm3; Ixx = 21,4 . 106mm4; Iyy = 1,17 . 106mm4; h = 200mm; b = 300mm; c = 400mm

Gurte:

463

433

232 1033,53

12;1033,33

12;104 mmtcImmctImmctA yyxx ⋅==⋅==⋅=⋅=

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A mm x mm y mm I mm I mm y A mm x A mmi Si Si xxi yyi Si i Si i

2 4 4 2 4 2 4

1 3,35.103 150 0 21,4.106 1,17.106 0 75,38.106

2 4 .103 0 105 0,03.106 53,3.106 44,1.106 0 3 4 .103 0 -105 0,03.106 53,3.106 44,1.106 0 4 3,35.103 -150 0 21,4.106 1,17.106 0 75,38.106

Σ 14,7.103 42,87.106 109,0.106 88,2.106 150,8.106

Ixx = (42,87 + 88,2) .106mm4 = 131,1 .106mm4; Iyy = (109,0 + 150,8) .106mm4 = 259,8 .106mm4; Lösung 6.5 1. Differenz zweier Rechtecke

( )( ) ( )( ) ( ) ( )

( )( ) ( )( ) ( ) ( )

Ib h b h h h b mm

Ih b h b b b h mm

xx

yy

=+ +

−− −

= + + + = ⋅

=+ +

−− −

= + + + = ⋅

δ δ δ δ δ δ

δ δ δ δ δ δ

3 3 2 34 4

3 3 2 34 4

12 12 63b

63h 5 352 10

12 12 63h

63b 1 88 10

,

,

2. Dünnwandiger Träger, d.h. δ << h,b (Vernachlässigung von Größen, die in δ klein von höherer Ordnung sind)

x

y

s

h 0,5h

0,5s

1

2

3 4

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( )

( )

I h b h h h mm

I b h b b b mm

xx

yy

= + ⋅

= + = ⋅

= + ⋅

= + = ⋅

212 2 6

3b 5 333 10

212 2 6

3h 1 867 10

3 2 24 4

3 2 24 4

δδ

δ

δδ

δ

,

,

Lösung 6.6

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]i A a x a y a x A a y A ai Si Si Si i Si i2 3 3

1 15 -1,5 2,5 -22,5 37,5 2 7,5 1 1,667 7,5 12,5 Σ 22,5 -15 50 x a a y a aS S= − = − = =

23

0 667 209

2 222, ; , ;

Fortsetzung der Tabelle: [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]I a I a I a y A a x A a x y A axxi yyi xyi Si i Si i Si Si i

4 4 4 2 4 2 4 4

31,25 11,25 0 93,75 33,75 -56,25 10,42 3,75 3,125 20,84 7,5 12,5 41,67 15 3,125 114,59 41,25 -43,75 I xx = (41,67 + 114,59)a4 = 156,26a4; I yy = (15 + 41,25)a4 = 56,25a4 I xy = (3,125 + 43,75) = 46,875a4

I I y Axx xx S= − =2

(156,26 - 111,09)a4 = 45,17a4 I I x Ayy yy S= − =2

(56,25 - 10)a4 = 46,25a4 I I x y Axy xy S S= + = (46,875 - 33,317)a4 = 13,56a4

Hauptträgheitsmomente und Hauptachsen:

( ) ( ) ( )I a a1 22 2 4 445 71 0 54 13 56 45 71 13 57, ( , , , ) , ,= ± − + = ±

I1 = 59,28a4; I2 = 32,14a4

°==−

=−

= 1,4604056,156,13

17,4528,59tan 011

01 ϕϕxy

xx

III

Lösung 6.7 A = 13,0cm2; xS = 1,6538cm; yS = -2,6538cm; Ixx = 80,78cm4; Iyy = 38,78cm4; Ixy = -32,31cm4; I1 = 98,31cm4; I2 = 21,24cm4; ϕ01=-28,49°

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Lösung 6.8 A = 18,0cm2; xS = 0; yS = 0; Ixx = 246cm4; Iyy = 61,5cm4; Ixy = -90cm4; I1 =282,63cm4; I2 = 24,87cm4; ϕ01=-22,15° Lösung 6.9

( )A D d mm cm

I I I I ID d d

cm

I I cm

p xx yy

= − = − ⋅ =

= = = = = − + ⋅

=

= =

π π π

π π π

2 24 2 2 2

1 2

4 42

24

1 24

46

4 410 6 10 73 83

2 2 2 232

632

354

923 43

461 72

,

,

,

Lösung 6.10 A = 530cm2; yS = 36,54cm; Ixx = I1 = 39,756 . 104cm4; Iyy = I2 = 30,71. 104cm4

Lösung 6.11 A = 105cm2; yS = 8,63cm; Ixx = I1 = 1579cm4; Iyy = I2 = 817,5cm4

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7. Haftung und Reibung Lösung 7.1

:Fcosβ + FH - FGsinα = 0 (1) FHmax = µ0 FN (2) :FN + Fsinβ - FGcosα = 0 (3) FN aus (3) und (2) in (1): Fcosβ + µ0(FGcosα - Fsinβ) - FGsinα = 0

oder

Nin

FF G 6,426scoscossin0

0 =−−

=βµβαµα

Selbsthemmung: F = 0, d.h. sinα0 - µ0 cosα0 = 0 tanα0 = µ0 α0 = arctanµ0 = 11,3° Lösung 7.2

A: FS a cosα + 3F a cosα = 0 FS = -3F :FS cosα ± FH + FGsinα = 0 (1) FHmax = µ0 FN (2) :FN + FS sinα - FGcosα = 0 (3)

-3F cosα ± µ0 (FGcosα + 3F sinα) + FGsinα = 0

( ) ( ) NFFNFF GG 113sincos3

cossin293sincos3

cossinmin

0

0max

0

0 ==+

−==

−+

αµααµα

αµααµα

Lösung 7.3

C F a F a F F

B F x F a x

F F F

F x F a x x a x

G N N G

H G

Hmax N G

G G

:

:

⋅ − ⋅ = =

± ⋅ − −

=

= =

± ⋅ − −

= ± ⋅ − + =

20 1

2

20

12

12 2

0 12 2

0

0 0

0 0

µ µ

µ µ

x a x a mm x mm1 12 2 2

400 66700

±

= =±

≤ ≤µµ

FN FH

FG

F

α

β

FN FH

FG FS α

FS

F

A

α

α

α

xFG

FH

FN

FS

A B

C

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Lösung 7.4

B: FNC . l - F . cosα . (l + x) = 0 C: ±FHB . l . cosα + FNB . l . sinα - F . x . cosα = 0 →: FNB ∓ FHC . cosα - FNC . sinα = 0 FHBmax = µ0 . FNB FHCmax = µ0 . FNC

( ) ( )tan

tantan

tanα µ

µ µ αα µ

µ µ α−

− +⋅ ≤ ≤

+− −

⋅02

02

0

02

02

01 2 1 2l x l

Lösung 7.5

( )

( )2;5,00123:45

0cotcot143

0scosls87cos

8:

0:0:

0201020

020

0max0max

−===−+°=

=−++

==

=⋅+⋅+⋅−⋅

=+−↑

=−−→

µµµµα

αµαµ

µµ

αααα

NBHBNAHA

HBNB

HBHA

NBNA

FFFF

inlFlFinFlFA

FFFFFF

Lösung 7.6

( )

::

:

− − + =

− + =

− ⋅ ⋅ −

+ ⋅ =

= =

=− +

F F FF F F

A Fl

a F b

F F F F

bl a b

NA G NB

HA G HB

G NB

HAmax NA HBmax NB

cossin

cos

tan

α

α

α

µ µ

µ α

00

20

2

0 0

0

Lösung 7.7

Beide Grenzlagen findet man schnell durch Konstruktion der Reibkegel. (Bild zeigt qualitativ die grafische Lösung) tanρ0 = µ0 = 0,5; ρ0 = 26,6° Mit Maßstab, z.B. 1m entspicht 2cm in der Zeichnung erhält man x1 = 0,2m ≤ x ≤ x2 = 4,2m

B

C

FNBFNC

F

FHCFHB

α

F

F

FNB

FNA

FHB

FHA

α

FG

FNAFHA

FNB FHB

α

x1

x2

α β

ρ0 ρ0

ρ0 ρ0

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Lösung 7.8

: FN1sinα - FH1cosα - FN2 = 0 (1) : FN1cosα + FH1sinα - FH2 -FG1 = 0 (2) FH1max = µ01FN1 FH2max = µ02FN2 (3) : 2 FH2 - FG2 = 0 (4)

Aus (4) mit (3) : F FN

G2

2

022=

µ

In (1) und (2) eingesetzt, erhält man nach Elimination von FN1 die Lösung: ( )

( )( )

( )αµααµαµ

αµααµαµ

os

FFmitoderFFos

FGG

GG

G

csin2sincos

21

2csinsincos

01

0102

211201

20102

−+

=

=+−

+=

Lösung 7.9

Symmetrie!

( )

( )

( )

I F F F F

II F F F F

F F F F

III F a F d F b F cF acos dsin F b F c

F acos dsin b F c FF

c acot d bb

acot d c

G B B G

H G H G

Hmax N NG

B B N H

B N H

G G GG

:

:

:

,

+ = = − ⋅

− = =

= =

⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ =

+ + ⋅ + ⋅ =

− + + + = ⋅

− − + =

=+ −

=

2 0 12

1

2 0 12

20

0

12 2 2

0

0

0 11

00

0

0

0

0

sinsin

cos sin

sin

αα

µµ

α α

α α

αα α

µµ

µ α

µα

Lösung 7.10

↑ − = = = =

→ − − = =

− ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ =

= ⋅ = =

:

:

:

F F F F F F F

F F F F F

B F h F b F c F c

b FF

h h mm

N N N N N Hmax N

N N N

N N N

N

1 2 1 2 0

0 00

0 0

0

0

02

2 20

2 48

µ

µ µµ

µ µ

µ

FG1

FG2

FN1 FN2

FH1

FH2

S

FN2FN2FH2

FH2

α

FB

FB FB FG

FC

I

II

III

FN FH

FG= mg FN FN FH FH

h b

F

FN1 FH1

FH2 FN2 c B

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Lösung 7.11 → : FN2 - FH1= 0 ↑: FN1 + FH2 - FG = 0 : M- FH1 r - FH2 r = 0 Haftgrenzbedingung : FH1max = µ0 FN1 FH2max = µ0 FN2

FN2 - µ0 FN1 = 0 FN1 + µ0 FN2 - FG = 0 M - µ0 r(FN1 + FN2) = 0

( )F F F F M F rNG

NG

G102 2

0

02

0 0

021 1

11

=+

=+

=+

+µµ

µµ µ

µ

Lösung 7.12

p A F mg dF mgA

dA mg drl

M rdF Mmg

lrdr

M mgl

N N

N

l l

⋅ = = = =

− = − =

=

∫ ∫2 0 2 0

14

00

00

0

2 2

µ µ

µ

Lösung 7.13

( ) ( )

::

:

( )

( ) ( ) ( )

, , , ,

F F F F F FF F F

F a F b F a F F F ba

F F F F

F F F F ba

F

F ba

F

F F F F

A B G A G B

A A B B C

B C G B G C

A G B B B C

B B A C A G B A G B A C

C B A G B A A

C G C G

+ − = = −

+ − =

+ − ⋅ = = −

− + − =

− = − = − − −

+ −

= − +

= = =

00

20 1

2012

1 12

1 125 0 25 0 22 188 9

µ µ

µ µ

µ µ µ µ µ µ µ

µ µ µ µ µ

N

Lösung 7.14

kNmg

adF

mgFdFFa NN

35,221

02

:

0

0

=⋅=

==⋅−

µ

µ

Mr

FG

FN1

FN2

FH1FH2

r

drMµ0dFN

µ0dFN

b

a

FCFG

FA FB

µA FA µB FB

Fmg

FNµ0 FN

r

A

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Lösung 7.15

MB = r ( FR1 + FR2 )

:

:

( )

( )

F r F r Frr

F F

F r F r Frr

F F

F F F F

F F F F

M Fr

N R R N

N R R N

R R

R R

B

1 1 1 1

2 2 2 2

1 1

2 2

2

2 0

2 0

1 2 21

1 2 21

41

− − = ⋅ =

− − + = ⋅ −

=

− = =−

+ = =+

=−

µµ

µµ

µ µµµ

µ µµµ

µµ

Lösung 7.16

Annahme: Stab sei dünn Gleitreibkraft FR = µFN

( )

→ + − + =

↑ − − − − =

⋅ − + =

→ − − − + =

↑ − + + − =

: ( )

: ( ): ( )

: ( )

: ( )

F F F F

F F F F FF b F a b

F F F F

F F F F

N N N N

N N N N G

N N

N N N

N N N GK

2 2 3 4

2 2 3 4

3 4

2 2 1

2 2 1

0 1

0 22 0 3

0 4

0 5

sin cos

cos sin

sin cos

cos sin

α µ α

α µ α µ µ

α µ α µ

α µ α

5 Gleichungen für 5 Unbekannte

Ergebnis: ( )[ ]

( )[ ] ( )F F F

a

a b a bGK G= + ⋅− + ⋅

− − − +µ

µ α µ α

µ µ α µ α

1 2

1 2 2

2

2 2

sin cos

cos sin

Lösung 7.17

Gleitreibkraft FR = µFN Darstellung der Verhältnisse für Heben:

( ) ( )( ) ( )

( )( ) 0sincos:

0cossin:0sincossincos:

0cossincossin:

32

32

21

21

=+−−↑

=−++→=−−+−↑

=+−+→

NN

NN

GNN

NN

FFFFF

FFFFF

βµβ

µβµββµβαµα

βµβαµα

FF

A

FN1 FN2

FR1 FR2

FN1 FN2FR1 FR2MB

ϕ

FG

F

FN4

µFN4

µFN3

µFN2

µFN1

µFN2

FN3

FN2

FN1

FGK

2

α

α

FG

µFN2

µFN3

µFN2

µFN1

α

α

β

βFN1 FN2

F

FN3

FN2

A

A

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Ergebnis für Heben: ( )[ ][ ]

( ) ( ) ( )F F F NG= ⋅

+ +

+ + +=

1 - sin cos sin cos

1- sin cos

2

2

µ β µ β α µ α

µ α β µ α β

2

2124

Ergebnis für Senken: (Vorzeichen bei µ kehren sich um, nicht aber bei µ2)

( )[ ][ ]( ) ( ) ( )

′ = ⋅− −

+ − +′ =F F F NG

1- sin cos sin cos

1- sin cos

2

2

µ β µ β α µ α

µ α β µ α β

2

253

Lösung 7.18 Fest vertäutes Schiff: Haftung zwischen Seil und Poller.

Es gilt: F F eS S1 20= ⋅ µ α

ziehender Strang: FS1 = FS gezogener Strang: FS2 = FH Umschlingungswinkel: α = n . 2π F F e nS H

n= ⋅ = =µ π

µ π0 2

0

12

5 5ln FF

S

H

,

Lösung 7.19 Gleitreibung zwischen Seil und Rundholz

Es gilt: F F eS S1 2= ⋅ µα

Hochziehen: ziehender Strang: FS1 = FS gezogener Strang: FS2 = FG Umschlingungswinkel: α = 120°

F F e FS G G= =µ π2

3 1 52, Ablassen:: ziehender Strang: FS1 = FG gezogener Strang: FS2 = F’

S

F F e F F e FG S S G G= = =−' ' ,

µ π µ π23

23 0 66

1

2

FS

FH

FG

FSα

α F’S

12

FG

12

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Lösung 7.20 Scheibe läuft unter feststehendem Bremsband durch.

Es gilt: F F eS S1 2= ⋅ µα (1)

( ) ( ) GGS

GSS

GSS

S

S

SGS

Ferl

raFFer

rF

FrreFFmit

FrrFFaus

FlaFaus

lFaFBrFrFrF

11

:)1(

:)2(

:)3(

)3(0:)2(0:0

112

122

112

2

2

1211

−⋅⋅

=−

=

−⋅=

−=

=

=⋅−⋅=⋅−⋅−⋅

µαµα

µα

F

FS1

FS2

FS2

FG

0

B

ziehend

gezogen

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8. Das Prinzip der virtuellen Arbeit Lösung 8.1

( )

δ δϕ δϕ ϕ

ϕ δϕ ϕ

ϕ

W M Fl

M FlsinMFl

MFl

Gleichgew nur für MFl

möglich

= −

− = =

= ≤

0

00

0 0

0

1

sin = 0

sin

arcsin

*

* . .

Lösung 8.2

U m g ba

m g la

dUd

m ga

m gamm

= − +

− −

= − + = =

1 2

1 21

2

2

21

02

tancos

cossin

cossin2 2

αα

α ααα

α*

Grenzfälle: m1 > 2m2 kein Gleichgewicht möglich ( sin α*≤ 1 )

m1 = 2m2 απ* = =2

0für a

m1 = 0 α* = 0 Lösung 8.3

δ δ δ δ δα

α β δ αδα βδβ

β α β α

βδβ αδα δβαβ

δα

β β α

W F f F q q rf rcos lcos f rsin lsin

a lsin rsin rl

diff

rl

rl

rl

= − − =

= + = − −

= = =

= =

= − = −

1

2

1 1

(*)

.sin sin

cos cos coscos

cos sin sin2 2

(*) − + +

=

= +−

F r F rsin l rl

rl r

l

F Fsinr

1 2

1 2 2

10

11

δα αδα αα

α

δα

αα

α

sin cos

sin

rcossin

2

2

F

M0

ϕδϕ

ldϕlsinϕδϕ

m1gm2g

αa

l a−2

2cosαa

2cosα b

f

δf

α

β

q

δq

l

r

a

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Lösung 8.4

δ

δ δ δ δ

δ δ δ

WW F F F

F FS A B C

A B C S

=

= − − + =

= = =

03 0

2

Lösung 8.11

( )

( )

( )( )

( ) ( )

U F lcos F lcos F lcos c c

l F F c

U l F F c

U l F F c für Gleichgewi cht U

cl F F

cl F F

A

GS GS Gk T T

GS Gk T

GS Gk T

GS Gk T

T

GS Gk

T

GS Gk

= + + + +

= + +

′ = − + +

′′ = − + + ′ =

=+ +

=

12

32

2 12

12

2

2 52

2 5

2 5 0

52

52

2 2

2

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ

ϕ ϕ

cos

sin

cos

sin

a.) A ≥ 1 : nur Gleichgewichtslage ϕ1 = 0 b.) A < 1 : es ex. weitere Gleichgewichtslagen ϕj ≠ 0, j = 1...N Stabilität:

( )( )( )

möglichinstabilauchalsstabsowohlAFFlUAb

LagestabcFFlUAa

jGkGSj

TGkGS

.cos2)(:1.).052)(:1.) 1

ϕϕϕ

−+=′′<>++−=′′>

Lösung 8.16

( )

δ δ αδα

ϕ δ ϕδϕ α ϕ δα δϕ

ϕ ϕ δϕ ϕ ϕ

W F x cx lcos x lsin

Flsin c cFl

T

TT

= − − =

= = − = =

− = =

02 2 2 2

2 4 0 2sin

FS

FS

F

3F

δC

δBδA

FGk

FGS

FGS

cT2ϕ

cTϕ

ϕ

ϕsin ϕ

x, δxϕ

MC

Page 96: Lösungen - ifme.ovgu.deI_+II_+III... · Lösungen zur Aufgabensammlung Statik (Ausgabe 2001,2016) 2.1 Das zentrale ebene Kraftsystem Lösung 2.1.1 fi: FRx = F1 cos 30° - F2 cos

Lösung 8.17

( )U Fl

F l

U l F F lsin F F

Ul

F F lcosF

für labil

G Q

G Q Q G

G QG

= ⋅ − −

′ = − = =

′′ = − − = − < ≤ ≤

21

20 1

2

212

0 02

lsin cos

lcos cot

lsinl

sin

α α

α α α

α αα

απ ( )

Lösung 8.18

1.5

0

0.7167phi.

sin phi( )

34

π.0 phi0 0.79 1.57 2.36

0

0.5

1

1.5

FQ

l

α

l-lcosα∇

FG

stabil0U78,5instabil0U:0

cosNcm10313,92Ncm10225cosmglcrU

78,5,0

0,7167mglcrsin

0sinmglcrU

cosmglcr21

rfcosmglcf21U

2

1

22221

2

2

22

2

>′′°=<′′=

⋅⋅−⋅=⋅−=′′

°==

==

=⋅−=′

⋅+=

=⋅+=

:

,

ϕϕ

ϕϕ

ϕϕ

ϕϕϕ

ϕϕ

ϕϕ

ϕϕ

1,37 ≡ 78,5°