Technische Mechanik

: Bild 1 - Bambus unter Biegung mit Deformation

Die technische Mechanik ist ein wichtiges Grundlagenfach des Maschinenbaustudiums. Es werden Grundkenntnissen über den Beanspruchungszustand von Bauteilen in Ruhe und der Bewegung vermittelt. Die realen technischen Strukturen müssen zunächst in Modelle überführt werden. Die Modellfindung ist eine entscheidende und anspruchsvolle Voraussetzung der folgenden Berechnungen. Grundlage der Abstraktion zum Modell ist die richtige Vereinfachung realer Bauteile. Dabei muss anwendungsbereites Wissen über die Möglichkeiten der Berechnung vorliegen, um die Eigenschaften der zu berechnenden Struktur wiederzugeben und den notwendigen Aufwand abzuschätzen. Ergebnis des Abstraktionsprozesses sind spezielle Strukturen der technischen Mechanik, z.B. Stäbe, Balken, Fachwerke, Platten, Scheiben und Schalen, die auch unter dem Begriff Tragwerk zusammengefasst werden. Tragwerke werden als gegenständliche Struktur verstanden, die für die Aufnahme der Kräfte in besonderer Weise geschaffen sind. Die äußeren Kräfte werden abstrakt als Vektorpfeile dargestellt.

Somit lassen sich z.B. die Beanspruchungszustände von Tragwerken häufig mit einfachen Balkenkonstruktionen bestimmen.

: Bild 2 - Brücke unter Belastung

In der Regel wird in der Grundlagenvorlesung bereits von Berechnungsmodellen ausgegangen. Die sichere Beherrschung der Lösungsmethoden zur Ermittlung des Spannungs- und Verformungszustandes des ruhenden oder bewegten Modells ist Ziel der Lehrveranstaltungen. Aus diesen Ergebnissen erfolgt die Rückübersetzung des Modells in die reale technische Struktur, die dann Gegenstand des Konstruktionsprozesses ist.

Die TECHNISCHE MECHANIK liefert den Einblick in die Beanspruchung der Bauteile und damit die Grundlage für die Gestaltung des Bauteils im Sinne des Konstruierens. Sie beginnt in der Regel mit der Berechnung des Beanspruchungszustandes, d.h. der inneren Kräfte und der Verformungen des Modells in Ruhe. Hierbei wird das Gleichgewicht der äußeren und inneren Kräfte (Lagerkräfte, Schnittkräfte) gebildet. Diesen Teil des Lehrgebietes nennt man Statik.

: Bild 3 - Hüftknochen

Untersucht man den Kraft- und Momentenzustand sowie die Bewegungsformen von geradlinigen oder krummlinigen bewegten Modellen, so spricht man von der Dynamik der Struktur. Als Vorstufe wird oft die Kinematik behandelt. Die Kinematik mit der Darstellung der Bewegungen mittels der Weg-Zeit-Abhängigkeit in analytischer Form, liefert die Ausgangsgrößen, für Berechnung der Energie und Kraftzustände von dynamischen Modellen, in Form von Geschwindigkeit und Beschleunigung. Dieser Lösungsansatz stützt sich auf die Hilfsmittel der Rechentechnik. Parallel zu diesen zum Teil sehr aufwendigen Lösungen sollten immer vereinfachte Systeme mit klassischen, mathematischen Mitteln berechnet werden, um eventuelle Fehler in der Modellbildung zu erkennen.

Um eine optimierte Modellbildung realisieren zu können sind Kenntnisse über die grundlegenden Lösungsmöglichkeiten zwingend erforderlich. Diese Lösungsmethoden stehen in den Anfängen der Technischen Mechanik im Mittelpunkt und es wird von bereits aufgestellten Berechnungsmodellen ausgegangen.

Sichere Beherrschung der Grundlagen ebnet den Weg zur Lösung neuer, komplexer Problemstellungen in allen Bereichen des Maschinenbaus. Der Mensch ist z.B. auch im Bereich der Medizintechnik auf die Kenntnisse der Technischem Mechanik und der Finite Elemente Methode angewiesen, denn so ist es z.B. möglich bestimmte Bereiche des Skeletts zu ersetzen.