Verfahren von Ritz für Biegeträger

Demonstrationsskizze für das Prinzip vom Minimum des elastischen Potentials für BiegeträgerEin gerader Biegeträger mit veränderlicher Biegesteifigkeit sei durch Einzellasten, Linienlasten und Einzelmomente belastet und in starren Lagern und elastischen Lagern (Federn und Drehfedern) gelagert. In Trägerlängsrichtung verlaufe eine Koordinate z, nach unten gerichtete Vertikalverschiebungen v (Durchbiegungen) sind positiv.

Dann lautet die (sich aus der allgemeinen Formel auf Seite 638 in "Dankert/Dankert: Technische Mechanik" ableitende) Formulierung des Minimums des elastischen Potenzials (die vk sind die Durchbiegungen, die vk' die Biegewinkel an den Angriffspunkten der diskreten Federn und diskreten Belastungen):

Prinzip vom Minimum des elastischen Potentials mit allen Anteilen, die bei geraden Biegeträgern auftreten können

Die Funktionen vi des Ritzschen Näherungsansatzes

Ritz-Ansatz für einen geraden Biegeträger

müssen jede für sich die geometrischen Randbedingungen erfüllen. Für den oben skizzierten Träger müssen also die Verschiebungen an beiden Rändern verschwinden, und die vi(z) müssen am rechten Rand eine horizontale Tangente haben.

Einsetzen dieses Ansatzes in die Formel für das elastische Potenzial und Auswerten der Minimalbedingungen

Notwendige Bedingungen, die erfüllt sein müssen, um das mit dem gewählten Ritz-Ansatz noch mögliche Extremum zu erzielen

führt auf ein lineares Gleichungssystem für die Koeffizienten des Ritz-Ansatzes ai:

Lineares Gleichungssystem für die Bestimmung der Ansatzparameter des Ritz-Ansatzes

mit der symmetrischen Koeffizientenmatrix K, deren Elemente sich nach

Elemente der Koeffizientenmatrix des linearen Gleichungssystems für die Bestimmung der Ansatzparameter des Ritz-Ansatzes

berechnen, und den Elementen der rechten Seite

Elemente des Vektors der rechten Seite des linearen Gleichungssystems für die Bestimmung der Ansatzparameter des Ritz-Ansatzes

Die durch Klicken auf die nachfolgenden Bilder zu erreichenden Aufgaben mit Lösungen arbeiten ausschließlich mit Polynom-Ansatzfunktionen, die jeweils für die gesamte Trägerlänge gültig sind. Die Verwendung bereichsweise geltender Funktionen wird deshalb nicht behandelt, weil dies der Finite-Elemente-Methode entspricht, für die das Verfahren von Ritz, wie es hier behandelt wird, eine Vorstufe darstellt.

 

Einführungsbeispiel für das Ritz-Verfahren für gerade Biegeträger

Einführungsbeispiel
(Aufgabe 33-9)

Beispiel für das Ritz-Vefahren für einen geraden Biegeträger mit Linienlast, diskreten Lasten und elastischer Lagerung

Biegeträger mit Linienlast, diskreten Lasten, starrer und elastischer Lagerung
(Aufgabe 33-11)

Aufgaben33_16OhneqIcon

Problem: Unstetigkeit in der Biegesteifigkeit
(Aufgabe 33-16)

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