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Was bedeuten die Begriffe „Reine Torsion“ und „Reine Biegung“?
Reine Torsion bezieht sich auf einen mechanischen Spannungszustand in einem Bauteil, wenn auf dieses lediglich Drehmomente (Torques) entlang seiner Längsachse wirken, ohne dass gleichzeitig eine axiale Kraft oder Biegung auftritt. Bei reiner Torsion wird jedes Querschnittselement des Bauteils ausschließlich auf Schub beansprucht, und die Schubspannung verteilt sich je nach Querschnittsform unterschiedlich über den Querschnitt. Das klassische Beispiel hierfür ist eine Welle, die an ihren Enden durch gegensinnig wirkende Drehmomente belastet wird, sodass sie um ihre Längsachse verdreht wird. Die Schubspannungen wirken tangential zur Oberfläche jedes Querschnitts und ihre Größe ist in zylindrischen Wellen proportional zum Abstand von der Drehachse.
Reine Biegung ist ein Zustand, in dem ein Bauteil nur durch Momente belastet wird, die eine Krümmung (oder Biegung) verursachen, ohne dass axiale Lasten oder Torsionsmomente vorhanden sind. Bei reiner Biegung sind die Querkräfte entlang des Bauteils null, und das Biegemoment ist entlang der Länge des Bauteils konstant. Die daraus resultierende Spannungsverteilung über den Querschnitt des Bauteils ist linear, wobei die maximalen Zug- bzw. Druckspannungen an den äußersten Fasern auftreten und in der neutralen Faser, wo keine Längenänderung auftritt, Null sind. Ein klassisches Beispiel für reine Biegung ist ein Träger, der an seinen Enden unterstützt und in der Mitte durch ein Paar von vertikalen Kräften belastet wird, die ein konstantes Biegemoment entlang des Mittelabschnitts des Trägers erzeugen.
Wie kann ich direkt und sofort sagen, ob eine Torsion oder Biegung rein ist?
Um direkt und sofort zu erkennen, ob eine Torsion oder Biegung rein ist, müssen Sie die Art der Belastung und die resultierenden Reaktionen auf das Bauteil betrachten:
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Reine Torsion: Dieser Zustand liegt vor, wenn das Bauteil ausschließlich durch Drehmomente belastet wird, die um die Längsachse des Bauteils wirken. Wenn keine anderen Lasttypen vorhanden sind (keine axiale Last, keine Querkraft, die eine Biegung erzeugen könnten), kann man von reiner Torsion sprechen. Ein visueller Hinweis ist, dass beide Enden des Bauteils versuchen, sich relativ zueinander zu verdrehen, ohne dass eine sichtbare Biegung auftritt.
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Reine Biegung: Der Zustand einer reinen Biegung ist gegeben, wenn ein Bauteil nur durch Momente belastet wird, die senkrecht zu seiner Längsachse stehen, und diese Momente eine reine Biegung bewirken, ohne durch axiale Lasten oder Torsionsmomente beeinträchtigt zu werden. Ein Hinweis darauf ist ein gleichmäßig verteiltes Biegemoment entlang eines Abschnitts des Bauteils, was bedeutet, dass die Belastung ausschließlich zur Biegung führt, ohne dass longitudinale Verschiebungen oder Torsionen auftreten.
Wenn Sie also die Lasten und Unterstützungen eines Bauteils untersuchen und feststellen, dass ausschließlich Momente einer Art (um die Längsachse für Torsion oder senkrecht zur Längsachse für Biegung) wirken, können Sie davon ausgehen, dass es sich um einen reinen Zustand handelt.
