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Eine äußere Kraft, die auf ein Objekt einwirkt, bewirkt, dass sich die Spannung in einer von fünf Formen oder einer Kombination dieser fünf manifestiert. Die fünf Formen sind Zug, Druck, Torsion, Biegung und Scherung.
Spannung
Spannung ist eine Kraft, die versucht, ein Objekt auseinander zu ziehen. Bei dem zuvor im Artikel „Simple Machines“ besprochenen Block-and-Tackle-System war der obere Block, in dem sich die beiden festen Riemenscheiben befanden, an einem oben liegenden Balken befestigt. Der bewegliche untere Block und seine beiden Rollen hingen an Seilen, und das Gewicht hing unter der gesamten Anordnung. Das angehobene Gewicht würde dazu führen, dass die Seile und die Blöcke unter Spannung stehen. Das Gewicht versucht buchstäblich, das Seil auseinander zu ziehen, und würde letztendlich dazu führen, dass das Seil reißt, wenn das Gewicht zu groß wäre.
Kompression
Diese aufgebrachte Kraft versucht, den Niet zu zerdrücken und lässt ihn expandieren, um das Loch zu füllen und die Aluminiumteile sicher zusammenzuhalten. [Figure 1]
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| Abbildung 1. Ein Nietverschluss und Kompression |
Drehung
Torsion ist die Spannung, die ein Objekt erfährt, wenn es verdreht wird, was passiert, wenn ein Drehmoment auf eine Welle ausgeübt wird. Torsion setzt sich aus zwei weiteren Belastungen zusammen: Zug und Druck. Wenn ein Schaft verdreht wird, wird die Spannung diagonal zum Schaft erfahren und die Kompression wirkt 90 Grad zur Spannung. [Figure 2]
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| Bild 2. Torsion an einer rotierenden Welle, bestehend aus Zug und Druck |
Die Turbinenwelle eines Turbofan-Triebwerks, die mit dem Verdichter verbunden ist, um diesen anzutreiben, steht unter Torsionsbeanspruchung. Die Turbinenschaufeln entziehen der Hochgeschwindigkeitsluft Energie als Kraft in Pfund. Diese Kraft in Pfund wirkt entlang der Länge von den Blättern bis zur Mitte der Welle und erzeugt das Drehmoment, das die Drehung verursacht. [Figure 3]
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| Abbildung 3. Turbofan-Triebwerk, Drehmoment erzeugt Torsion in der Welle |
Biegen
Ein Flugzeug erfährt im Flug eine Biegekraft auf den Flügel, wenn der aerodynamische Auftrieb versucht, den Flügel anzuheben. Diese Auftriebskraft bewirkt, dass die Haut auf der Oberseite des Flügels zusammengedrückt wird und die Haut auf der Unterseite des Flügels unter Spannung steht. Wenn das Flugzeug auf dem Boden sitzt und auf seinem Fahrwerk sitzt, versucht die Schwerkraft, den Flügel nach unten zu biegen, wodurch die Unterseite des Flügels einer Kompression und die Oberseite des Flügels einer Spannung ausgesetzt wird. [Figure 4] Während der Tests, die vor der FAA-Zertifizierung stattfinden, biegt ein Flugzeughersteller den Flügel absichtlich nach oben und unten, um sicherzustellen, dass er der Belastung standhält, ohne zu versagen.
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| Abbildung 4. Flugzeug am Boden, Flügel unter Spannung und Druck |
Scheren
Wenn auf ein Objekt eine Scherspannung ausgeübt wird, wirkt die Kraft zum Schneiden oder Durchschneiden, wie ein Messer, das durch Butter schneidet. Auf eine Gabelschraube, die oft verwendet wird, um ein Kabel an einem Teil der Flugzeugzelle zu befestigen, wirkt eine Scherspannung. Wie in Abbildung 5 gezeigt, wird ein Gabelanschluss am Ende des Kabels befestigt, und die Gabel wird mit der Gabelkopfschraube an einer Öse an der Flugzeugzelle befestigt. Wenn das Kabel unter Spannung gesetzt wird, versucht die Gabel, aus der Öse zu gleiten, indem sie die Gabelkopfschraube durchtrennt. Dieser Bolzen wäre für sehr hohe Scherlasten ausgelegt.
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| Abbildung 5. Gabelkopfschraube, rote Pfeile zeigen entgegengesetzte Kräfte, die versuchen, die Schraube abzuscheren |
Beanspruchung
Wenn die auf ein Objekt einwirkende Spannung groß genug ist, kann dies dazu führen, dass das Objekt seine Form ändert oder sich verzieht. Eine Eigenschaft von Materie ist, dass sie tendenziell elastisch ist, was bedeutet, dass sie aus ihrer Form gezwungen werden kann, wenn eine Kraft ausgeübt wird, und dann in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn die Kraft entfernt wird. Wenn ein Objekt durch eine ausgeübte Kraft verzerrt wird, wird das Objekt als gespannt bezeichnet.
Bei Prüfständen für Turbinentriebwerke wird der Schub des Triebwerks typischerweise mit sogenannten Dehnungsmessstreifen gemessen. Wenn die Kraft oder der Schub des Motors gegen die Dehnungsmessstreifen zieht, wird das Ausmaß der Verformung gemessen und dann in den entsprechenden Schubwert übersetzt.
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| Abbildung 6. Drehmomentschlüssel mit Biegestab misst Dehnung durch Verformung |
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