20.11 : Plastische Verformungen von Bauteilen mit einer einzigen Symmetrieebene

Wenn ein Bauteil durch Biegung eine plastische Verformung erfährt, ist es wichtig, die Position der neutralen Achse und die Spannungsverteilung zu verstehen. Dieses durch eine einzige Symmetrieebene gekennzeichnete Bauteil weist eine gleichmäßige Spannungsverteilung auf, mit negativer Spannung oberhalb der neutralen Achse und positiver Spannung unterhalb. Bemerkenswert ist, dass die neutrale Achse nicht mit dem Schwerpunkt des Querschnitts übereinstimmt. Diese Fehlausrichtung ist typisch für Fälle, in denen der Querschnitt nicht rechteckig ist oder eine starke Verformung aufweist.

Die durch die Biegung des Elements erzeugten resultierenden Kräfte werden analysiert, um die neutrale Achse zu lokalisieren. Die über der neutralen Achse wirkenden Druckkräfte und die darunter liegenden Zugkräfte erzeugen Resultierende gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung und bilden ein Paar. Diese Konfiguration zeigt an, dass die neutrale Achse den Querschnitt in zwei gleiche Bereiche teilt, die jeweils gleichermaßen zum Kräftegleichgewicht beitragen.

Das plastische Moment des Bauteils M_p, ein kritischer Strukturparameter, wird aus der Beziehung zwischen der Querschnittsfläche, der Streckgrenze des Materials und dem Abstand zwischen den Flächenschwerpunkten d, die durch die neutrale Achse erzeugt werden, abgeleitet.

Die Berechnung des plastischen Moments ist wichtig für die Vorhersage des maximalen Moments, das der Abschnitt bewältigen kann, bevor erhebliche plastische Verformungen auftreten. Diese Überlegung ist besonders wichtig für Strukturkomponenten in dynamisch belasteten Bereichen, wie z. B. seismischen Zonen, und betont, wie Materialeigenschaften und Querschnittsgeometrie die Fähigkeit einer Struktur, Biegebelastungen standzuhalten, beeinflussen.