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2025-07-21T07:45:10Z

Strukturmechanische Analyse: BKL Fix

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[[Datei:Porsche 911 model imported from a NASTRAN bulk data file.jpg|miniatur|Strukturmechanisches Modell eines Kraftfahrzeugs (Porsche 911, ältere Baureihe), erstellt mit Hilfe von NASTRAN]]
Die '''Strukturmechanik''' ist die Berechnung von Verformungen, Kräften und inneren Spannungen in [[Festkörper]]n, entweder für die Planung neuer oder die Nachrechnung bestehender mechanischer Strukturen.
Sie befasst sich mit der [[Festigkeit]]sberechnung von Bauteilen, Werkstoff-Formteilen, Bauteilgruppen usw., die aus festen Materialien wie Stahl, Aluminium, sonstigem Metall, Kunststoff, Gummi, Verbundwerkstoff, Beton, Holz, Glas oder anderen bestehen.

Vergleiche auch die ''[[Mechanik fester Körper]]'' in der ''[[Klassische Mechanik|Klassischen Mechanik]]''.

== Einordnung der Fachdisziplin ==
Die Strukturmechanik ist eine Disziplin der Technik, in der mechanische Festkörpermodellierungen erstellt werden, deren zu untersuchende Festkörper-Bauteile in finite Substrukturen unterteilt und mit von außen angreifenden mechanischen oder thermischen Belastungen (unter Anwendung des [[Freischneiden|Freischneideprinzips]] im Falle vektorwertiger und gerichteter Größen) beaufschlagt werden. In der Regel entsprechen dabei die Konturen der finiten Einzelelemente der Substrukturen elementaren geometrischen Formen. Die Grenzflächen der Einzelelemente der finiten Substrukturen können dann dazu benutzt werden, um Größen und Zustände senkrecht, tangential oder in einem Winkel zu diesen Grenzen im Inneren der Festkörper-Bauteile genauer zu berechnen und somit Aufschlüsse über Gegebenheiten im Bauteilinneren zu gewinnen. Im Kern geht es um die Berechnung von [[Verformung]]en, [[Durchbiegung]]en und inneren Kräften oder [[Spannung (Mechanik)|Spannungen]] (Spannungsäquivalente) innerhalb von Strukturen, entweder für die Konstruktion oder für die Leistungsbewertung bestehender Strukturen.

Ordnet man das Gebiet genauer ein, so ist die Strukturmechanik ein Studiengebiet innerhalb der [[Technische Mechanik|technischen Mechanik]], das das Verhalten von Strukturen unter mechanischen [[Belastung (Physik)|Belastungen]] untersucht. Diverse mechanische Problemstellungen können Ziel der Analyse sein wie z. B. das [[Biegetheorie des Balkens|Biegen eines Balkens]], das [[Knicken]] einer Säule, die [[Torsion (Mechanik)|Torsion]] einer [[Welle (Mechanik)|mechanischen Welle]], die Durchbiegung einer dünnwandigen [[Schale (Technische Mechanik)|Schale]] oder etwa das [[Schwingung|Schwingen]] einer [[Brücke]].

== Strukturmechanische Analyse ==
Die strukturmechanische Analyse benötigt Eingangsdaten wie Strukturlasten, die geometrische Darstellung der Struktur und Lagerbedingungen sowie die [[Werkstoffeigenschaft]]en. Ausgabegrößen können [[Lagerreaktion]]en, Spannungen und [[Translation (Physik)|Verschiebungen]] sein. Fortgeschrittene Strukturmechanik kann die Auswirkungen von [[Eigenbewegung (Regelungstechnik)#Nichtlineare Systeme|Stabilität]] und [[Nichtlinearität|nichtlinearem Verhalten]] umfassen.

Es gibt verschiedene Ansätze für die Analyse mechanischer Strukturen: etwa die Energiemethoden der [[Elastostatik]], das [[Kraftgrößenverfahren]] oder die verschiedenen Varianten des [[Galerkin-Methode|Galerkin-Verfahrens]]<ref>Dirk Ostermann: ''Kontinuierliche und diskontinuierliche Galerkin-Methoden in der Elastodynamik und ihre Anwendung auf Probleme der Strukturmechanik.'' (= Berichte aus der Mechanik) Shaker Verl., Aachen 2005 (zugl. Diss. Techn. Univ. Darmstadt), ISBN 978-3-8322-4340-1.</ref> inklusive des Ritz-Galerkin-Verfahrens (wobei von letzterem ein spezielles Verfahren die Arbeitsgrundlage für die [[Finite-Elemente-Methode]] bildet), und des Weiteren der plastische Analyseansatz.

Thematisiert werden die Berechnung, Dimensionierung und [[Bemessung (Ingenieurwesen)|Bemessung]] diverser Bauteile und Strukturen bei statischer und dynamischer mechanischer sowie auch thermischer Belastung. Weiter gehören dazu: Spannungs- und Verformungsanalysen, [[Bruchmechanik]], Versagensmechanismen, [[Schwingungslehre|Schwingungseigenschaften]], Kontakt- und [[Reibung]]sprobleme usw.

== Werkzeug „Finite-Elemente-Methode“ ==
Ein heute oft benutztes Mittel und Werkzeug für Berechnungen in der Strukturmechanik ist die Finite-Elemente-Methode.<ref>{{Literatur |Autor=Peter Steinke |Titel=Einleitung |Sammelwerk=Finite-Elemente-Methode: Rechnergestützte Einführung |Verlag=Springer |Ort=Berlin, Heidelberg |Datum=2004 |ISBN=978-3-662-07240-0 |DOI=10.1007/978-3-662-07240-0_1 |Seiten=1–11}}</ref> Die damit erstellbaren Finite-Elemente-Festkörpermodelle können dabei über den rein numerisch resultierenden Aussagegehalt hinaus mit farbgebenden [[Daten]][[visualisierung]]salgorithmen zu dreidimensionalen Farbmodellen verarbeitet werden. Letzteres gilt, sofern die [[Software]] für die Modellierung eigens programmiert und implementiert wird. Eine Anzahl an Finite-Elemente-Software-Fertigpaketen enthalten das Feature der farbgebenden Visualisierung bereits mit im Paketumfang.

== Stellung des Fachgebiets gegenüber anderen Disziplinen der Physik ==
Gegensätze, aber auch Ergänzungen zur Strukturmechanik sind [[Strömungslehre]] (Fluidmechanik), [[Akustik]], [[Thermodynamik]], [[Piezoelektrizität]], [[Elektromagnetismus]], Temperaturfelder usw.

== Anwendungsgebiete ==
Die Strukturmechanik ist ein interdisziplinäres ingenieurwissenschaftliches Fachgebiet, welches Anwendungen im [[Maschinenbau]] (und darin insbesondere im [[Fahrzeugbau]], aber auch in vielen anderen Zweigdisziplinen), im [[Bauwesen]] (und darin insbesondere im [[Stahlbau]]), in der [[Luft- und Raumfahrttechnik]] sowie in der [[Wehrtechnik]] besitzt.

== Siehe auch ==
* [[Strukturdynamik]]

== Literatur ==
'''Allgemeines''':
* Alberto Carpinteri: ''Structural mechanics: a unified approach.'' E. & F. N. Spon – An imprint of Chapman & Hall, London, U. K. 1997, ISBN 0-419-19160-7.
* Keith D. Hjelmstad: ''Fundamentals of structural mechanics.'' 2. Aufl., Springer, New York 2005, 0-387-23330-X.
* Hassan Al Nageim: ''Structural mechanics: loads, analysis, design and materials.'' 6. Aufl., Prentice Hall, Harlow, Essex, U. K. 2002, ISBN 0-582-43165-4.
* Karl-Gunnar Olsson, Ola Dahlbohm: ''Structural mechanics.'' Wiley, Chichester, U. K. 2015, ISBN 978-1-119-15933-9.
* Vladimir I. Slivker: ''Mechanics of structural elements.'' (= Foundations of engineering mechanics) Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-44718-4.

'''Spezielle Themen''':
* Hans Eschenauer, Niels Olhoff, Walter Schnell: ''Applied structural mechanics: fundamentals of elasticity, load-bearing structures, structural optimization.'' Springer, Berlin 1997, ISBN 978-3-540-61232-2.
* Rudolf Szilard: ''Finite Berechnungsmethoden der Strukturmechanik.'', 2 Bände, Verlag W. Ernst, Berlin, Teil 1: ''Stabwerke.'' 1982, ISBN 3-433-00867-1, Teil 2: ''Flächentragwerke im Bauwesen.'' 1990, ISBN 3-433-01007-2
* Johannes Wissmann, Klaus-Dieter Sarnes: ''Finite Elemente in der Strukturmechanik.'' Springer, Berlin 2006, ISBN 978-3-540-61836-2
* Horst Baier, Christoph Seeßelberg, Bernhard Specht: ''Optimierung in der Strukturmechanik.'' Vieweg Verl., Braunschweig 1994, ISBN 3-528-08899-0.

== Weblinks ==
* [http://fam.uni-paderborn.de/forschung_strukturmechanik.php Universität Paderborn: Strukturmechanik]
* [http://www.fsm.tu-darmstadt.de/ Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Strukturmechanik]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Technische Mechanik]]

Strukturmechanik - Versionsgeschichte

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