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Statische Berechnung

Statische Berechnung

Eine Statische Berechnung (umgangssprachlich auch Statik) ist die Berechnung der Kräfte, Spannungen und Verformungen einer Konstruktion beispielsweise im
- Bauingenieurwesen (Baustatik),
- Maschinenbau,
- Schiffbau (Längsfestigkeit, Querfestigkeit).

Zweck

Ziel ist festzustellen, ob die Konstruktion mit ausreichender Sicherheit nicht unter der geplanten Belastung versagen (brechen, knicken usw.) wird oder zu untersuchen, welche Belastungen die Konstruktion aushält, ohne zu versagen. Die Belastungen und Materialkennwerte werden mit Teilsicherheitsfaktoren beaufschlagt, u.a. um Vereinfachungen des jeweiligen Berechnungsverfahrens sowie Streuungen der Last-Annahmen und Materialeigenschaften auszugleichen. Desweiteren ist es Aufgabe der Statik die Gebrauchstauglichkeit einzelner Bauteile zu gewährleisten (Verformungen und Schwingungen erträglich zu begrenzen).

Praxis im Bauingenieurwesen

In Deutschland, wie in vielen anderen Ländern, muss ein Bauvorhaben von der zuständigen Behörde genehmigt werden. Dazu stellt man einen Bauantrag und reicht u.a. die Ergebnisse aller schriftlich fixierten Berechnungen zur Tragstruktur des Bauwerks mit dem Nachweis der Tragfähigkeit, oft auch Standsicherheit genannt, der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit ein. In Deutschland muss je nach Bauwerksgröße die statische Berechnung von einem behördlich zugelassenen zweiten Statiker (auch landläufig Prüfingenieur genannt) überprüft werden.

Praxis im Schiffbau

Die Klassifikationsgesellschaften geben Regeln zur Dimensionierung von Bauteilen heraus, die die statische Berechnung unterstützen und teilweise ersetzen. Wenn davon abgewichen wird, ist mit einer eigenen statischen Berechnung ein Festigkeitsnachweis zu erbringen. Statische Berechnungen bestehen aus der Längsfestigkeit - das Schiff wird näherungsweise als Biegebalken unter dem ungleichmäßig verteilten Einfluss von Gewicht, Ladung und Auftrieb betrachtet - und aus der Querfestigkeit, in der eine herausgeschnittene "Scheibe" unter dem Einfluss von Eigengewicht, Ladung und hydrostatischem Druck nach Balkentheorie berechnet wird. Ähnlich wie der Prüfstatiker im Bauingenieurwesen erbringen Klassifikationsgesellschaften die Dienstleistung, Festigkeitsrechnungen im Schiffbau und schiffbaunahen Branchen zu zertifizieren.

Einfache Statik

Im Bauwesen wird mitunter scherzhaft von ql²/8-Statik gesprochen wenn man eine sehr einfache Statik vorliegen hat. Der sogenannte Siemens-Lufthaken ist die Ankerstelle um unsinniges doch noch zum Halten zu bringen. Kategorie:Baustatik Kategorie:Technische Mechanik

Bauingenieurwesen

Das Bauingenieurwesen ist eine Ingenieurwissenschaft, die sich mit Bauwerken verschiedener Art auseinandersetzt. Teil des Bauingenieurwesens sind auch die Bereiche, die sich mit dem Umfeld von Bauwerken wie auch der Infrastruktur befassen. Das Bauingenieurwesen gliedert sich somit in die Bereiche:
- Konstruktiver Ingenieurbau (Statik, Baudynamik, Stahlbau, Massivbau, Holzbau, Hochbau, Glasbau, Grundbau)
- Wasser und Umwelt (Wasserwirtschaft, Siedlungswasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Wasserbau, Küsteningenieurwesen, Energiewasserbau, Hydromechanik, Stahlwasserbau, Stauanlagenbau, Verkehrswasserbau, Hydrologie)
- Verkehrsbauwesen (Straßen- und Wegebau, Verkehrsplanung, Eisenbahnbau, in Teilen auch Städtebau)
- Baubetrieb / Bauleitung
- Bauinformatik Weiterhin gibt es noch Spezialisierungsgebiete wie z.B. Sanierung und Bauwerkserhaltung. Die zugehörige Berufsbezeichnung ist Bauingenieur. Es handelt sich hierbei um einen Diplomstudiengang, der zur Zeit für einzelne Teilbereiche durch Master- und Bachelor-Abschlüsse ergänzt wird.

Siehe auch

- Portal:Architektur und Bauwesen
- Bauwesen, Bauwerk, Gebäude

Weblinks

- [http://www.structurae.de Structurae] - Datenbank für Ingenieurbau ! Kategorie:Ingenieurwissenschaft ja:土木工学 th:วิศวกรรมโยธา

Maschinenbau

Ingenieurwissenschaft. Der Maschinenbau (auch: das Maschinenwesen) befasst sich mit dem Entwurf und der Herstellung von Maschinen aller Art. Ausgehend von einzelnen simplen Maschinenelementen werden dabei Anlagen von größter Komplexität wie Fertigungsstraßen und ganze Fabriken entwickelt, gebaut und betrieben. In den heutigen Ingenieurwissenschaften oftmals Kernbereich der Produktionstechnik. Der Maschinenbau ist durch seine Kombination von Grundlagenforschung und Entwicklung von Fertigungsverfahren (auch Produktionsverfahren) ein typisches Fach der Technik. Er setzt physikalische Gesetzmäßigkeiten, insbesondere aus den Teilgebieten Mechanik und Thermodynamik, für die Konstruktion und die Simulation technischer Anlagen ein. Aufgrund der zunehmenden Automatisierung werden technische Anlagen heute mit einer komplexen Mess- und Steuerungs- bzw. Regelungstechnik ausgestattet. Die Konstruktionslehre beschäftigt sich mit den Zielen und Methoden, die ein Maschinenbau-Ingenieur bei der Konstruktion technischer Anlagen beachten muss. Mittlerweile werden die technischen Anlagen mit Hilfe von CAD-Programmen am Computer entworfen. Die dabei erzeugten CAD-Dateien können anschließend einer Simulation unterzogen und von einer CNC- Maschine gefertigt werden. Teilgebiete des Maschinenbaus sind:
- Automatisierungstechnik (siehe auch Robotertechnik)
- Bewegungstechnik und
- Antriebstechnik
- Energietechnik (siehe auch Energie)
- Fahrzeugbau
- Produktionstechnik
- Fertigungstechnik
- Flugzeugbau
- Fördertechnik
- Konstruktionslehre
- Kunststofftechnik
- Leichtbau
- Maschinendynamik
- Materialflusstechnik
- Fördertechnik
- Lagertechnik
- Mechatronik
- Medizintechnik
- Messtechnik
- Motorentechnik (siehe auch Motor und Verbrennungsmotor)
- Qualitätsmanagement
- Regelungs- und Steuerungstechnik
- Schienenfahrzeugtechnik
- Schiffbau
- Statistik
- Steuerungstechnik
- Thermodynamik und Strömungslehre
- Technische Mechanik
- Textiltechnik bzw. Textilmaschinenbau
- Verpackungstechnik
- Verkehrstechnik
- Verfahrenstechnik und Prozesstechnik
- Entwicklung und Bau von Wärme- und Wasserkraftmaschinen.
- Werkstofftechnik
- Werkzeugmaschinen

Maschinenbau in Deutschland

In vielen Staaten ist der Maschinenbau die wichtigste Industriesparte. In der Bundesrepublik Deutschland steht er an zweiter Stelle der Produktion und zählt allein in Nordrhein-Westfalen 200.000 Arbeitnehmer (Umsatz 30 Mrd. Euro). Auch in Baden-Württemberg macht er über 20% der Wirtschaft aus. Von 1995 bis 2002 wuchs der deutsche Export in 20 Industrieländer um 25 bis 100%. Mit 5700 Unternehmen und 875000 Beschäftigten ist der Maschinen- und Anlagenbau die größte Branche Deutschlands vor der Elektroindustrie und dem Straßenfahrzeugbau. Gemessen am Umsatz von rund 130 Milliarden Euro steht die Branche auf Rang drei. Maßgeschneiderte Kundenlösungen führen zu einem Pro-Kopf-Umsatz im Maschinenbau von rund 148 000 Euro. Rund 70 Prozent des deutschen Umsatzes gehen ins Ausland. Der deutsche Maschinenbau ist vor den USA der führende Anbieter im Welthandel mit einem Anteil von 19 Prozent. An Technischen Hochschulen und Technischen Universitäten ist Maschinenbau eine der drei klassischen Fakultäten neben Elektrotechnik und Bauwesen für angehende Diplomingenieure. Neu gegründete Fachhochschulen und (schon länger existierende) technische Mittelschulen besitzen fast immer große Abteilungen für Maschinenbau und -Entwicklung.

Siehe auch

- Mechatronik, Motor, Industrie, Themenliste Maschinenbau

Weblinks

- [http://www.vdma.org VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbaue e.V.)]
- [http://www.swissengineering.ch/ Schweizerischer Technischer Verband]
- [http://www.vdma.org/ilwwcm/connect/Home/de/Verband/VDMA_Presse/Pressemitteilungen/ Aktuelle Pressemeldungen im Maschinenbau]
- [http://www.mmm-nrw.de/upload/news/Vortrag%20At%20220503.pdf VDMA-Vortrag zur Bedeutung des Maschinenbaus in NRW]
- [http://www.vdi.de/ Verein Deutscher Ingenieure (VDI)]
- [http://www.aser.uni-wuppertal.de/prg/automatsys/index.htm Interaktives Online-Werkzeug zur Gefahrenanalyse von automatisierten Fertigungssystemen]
- [http://www.bmwa.bund.de/Navigation/Wirtschaft/Branchenfokus/Industrie/maschinen-und-anlagenbau.html Branchenskizze des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit] Kategorie:Ingenieurwissenschaft ! ja:機械工学 ko:기계 공학 ms:Kejuruteraan mekanikal th:วิศวกรรมเครื่องกล

Schiffbau

Als Schiffbau bezeichnet man die Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Entwicklung von Schiffen befasst, sowie den Industriezweig, der Schiffe fertigt und repariert. Industrie

Schiffbau heute

Der Schiffbau findet in spezialisierten Betrieben, den Werften, statt. Dort werden die Einzelteile aus Stahl- bzw. Leichtmetallblech und Profilen ausgeschnitten. Im Stahlschiffbau sind Hollandprofile gebräuchlich, dies sind Rechteckprofile mit einem ähnlich großen Querschnitt wie eine Eisenbahnschiene und mit einer wulstförmigen Gurtung auf einer Seite, also in etwa ein abgerundetes L-Profil. Das Ausschneiden geschieht im Stahlschiffbau mit Schneidbrennanlagen. Die Einzelteile werden erforderlichenfalls gekrümmt, wenn sie zur Außenhaut gehören. Danach werden sie zu Sektionen zusammengeschweißt. Eine Sektion kann z.B. der Bugwulst, ein Teil des Vorstevens oder ein Teil des Bodens sein. Die Sektionen werden zur Endmontage ins Dock (früher auch auf den Helgen) gebracht. Dort werden sie miteinander verschweißt. Da sie i.a. leicht verzogen sind, besteht das besondere Können darin, sie durch geschickten Kraftaufwand zu verformen, um jeweils die beiden miteinander zu verschweißenden Blechkanten zur Deckung zu bringen. Deckshäuser, Schornsteine und ähnliche Decksaufbauten werden parallel dazu auf gleiche Weise gefertigt, oder man lässt sie gelegentlich auch von Zulieferbetrieben fertigen. Sie werden danach als ganzes aufgesetzt und verschweißt. Die Schweißnähte werden soweit machbar von Automaten gelegt, was in den stark gekrümmten Bereichen des Vor- und Hinterschiffs an seine Grenzen stößt. Noch im Rohbauzustand wird das Schiff zu Wasser gelassen. Wenn es nicht im Dock, sondern auf dem Helgen gebaut wurde, nennt man diesen Vorgang Stapellauf. Anschließend erfolgt am Ausrüstungskai der Endausbau. Während die Grobblechkonstruktion von der Werft selbst gefertigt wird, werden alle sonstigen Komponenten von Zulieferern eingekauft, denn auch im Schiffbau ist eine möglichst geringe Produktionstiefe am wirtschaftlichsten. Nach Probefahrten, die u.a. dem Nachweis der vertraglich vereinbarten Geschwindigkeit dienen, wird das Schiff dem Eigner übergeben. Es ist nicht ungewöhnlich, dass aus terminlichen Gründen letzte Arbeiten an der Einrichtung und Ausrüstung während der Probefahrt stattfinden. Der Fertigung eines Schiffes gehen Entwurf und Konstruktion voran. Der Entwurf wird von Modellversuchen in einer Schiffbau-Versuchsanstalt begleitet, die aus Kostengründen noch nicht von CFD-Software verdrängt worden sind, um die benötigte Maschinenleistung, die Manövriereigenschaften und das Verhalten im Seegang festzustellen und erforderlichenfalls den Entwurf zu korrigieren. Schiffskonstruktionen werden mit spezieller schiffbaulicher CAD-Software entwickelt.

Geschichte des Schiffbaus

Antike

Die ersten Schiffe wurden von den Ägyptern gebaut, vornehmlich für das Fahrtrevier Nil. Hierfür wurde anfangs Schilf und später dann auch Holz verwendet. Die ersten Berufe des Schiffbaus waren demgemäß Zimmermann und Segelmacher sowie Seiler. Die Seilmacherkunst beschränkte sich nicht nur auf die Takelage, auch für die Festigkeit der Schiffe waren Tampen erforderlich, die zwischen Bug und Heck gespannt wurden, damit diese Endbereiche des Schiffs nicht durchhingen. Auch die Inder waren frühe Schiffbauer. Sie befuhren vornehmlich den Indus und den Ganges. Das Wort navigieren hat seinen Ursprung im Sanskritwort "navgathi". Durch die Phönizier und Griechen wurde der Schiffbau weiter entwickelt. Die ersten Langschiffe, die für die Fahrt im Mittelmeer und im schwarzen Meer verwendet wurden, stellten erhöhte Anforderungen an die Seetüchtigkeit und Stabilität. Zugleich wurden dickbauchige Handelsschiffe entwickelt. Häufig mussten Reparaturen auf hoher See oder an entlegenen Stränden durchgeführt werden, so dass der Beruf des Schiffszimmermanns als Besatzungsmitglied erforderlich wurde. Die Typisierung der Schiffe schritt voran, Schiffstypen wie die Bireme oder Trireme wurden nach festen Regeln und Proportionen gebaut. In der Frühzeit des griechischen und phönizischen Schiffbaus wurden die Schiffe noch am Strand gebaut, später wurde die Werft als Spezialbetrieb entwickelt. Im 3. Jahrhundert v. Chr. war der Schiffbau in Karthago am höchsten entwickelt. Der Bau großer Schiffe wie der Quinquiremen der Karthager bedurfte einer ausgefeilten Logistik und des Zusammenspiels der einzelnen Gewerke. Im ersten punischen Krieg strandeten karthagische Kriegsschiffe an den Küsten Italiens. Dies war das Startsignal für den römischen Schiffbau. Die karthagischen Schiffe wurden als Muster für römische Schiffe benutzt. Die karthagische Schiffbautechnologie wurde kopiert und um den Corvus als römische Erfindung ergänzt. Innerhalb kurzer Zeit bauten die Römer eine leistungsfähige Werftindustrie auf und bauten eine Flotte, die es mit den Karthagern aufnehmen konnte. Nach der Eroberung Karthagos war der römische Schiffbau technologisch führend, allerdings bauten die Griechen in Ägypten noch größere Schiffe. Ein besonders bedeutender Werftstandort des Römischen Reiches war Misenum am Golf von Neapel, zugleich Flottenstützpunkt, Hafen, Marineschule (armaturarum schola) und Standort der prima adjutrix, einer Legion von Marineinfanteristen.

Mittelalter

Im Mittelalter gab es in Europa jeweils im Mittelmeer und in Nord- und Ostsee zwei getrennte Entwicklungslinien des Schiffbaus. Die mediterrane Linie setzte die römische Tradition fort, während der Norden Europas völlig anders konstruierte. Typisch für den Norden war das symmetrische Boot bzw. Schiff, Bug und Heck waren gleich gebaut und die Klinkerbeplankung, die nur schwache Spanten benötigte, die mit den Planken durch Schnüre verbunden waren. Das Nydam-Schiff aus dem 4. Jahrhundert ist ein Beispiel aus dieser Tradition und hatte noch kein Segel. Die Wikinger entwickelten dies zu ihren Langschiffen weiter, die für weite Reisen nach Island, Grönland und Neufundland geeignet waren. Neben den Langschiffen für militärische Zwecke bauten sie später bauchigere Handelsschiffe. Die Wikinger verwendeten ein einziges Rahsegel. Dies galt auch noch für die Hansekogge, die ebenfalls klinkerbeplankt war, aber schon ein deutlich abweichend geformtes Heck hatte, an dem auch das Ruder gefahren wurde. Die Schiffbauer des Mittelmeeres verwendeten Kraweelbeplankung und deren Schiffe trugen dreieckige Lateinersegel an ein oder zwei Masten. segel Gegen Ende des Mittelalters, als Kaufleute und Piraten aus dem Norden in das Mittelmeer vordrangen, kam es ab 1300 zur Vermischung der Traditionen. Die Bremer Kogge von 1380 war bereits am Boden kraweel beplankt. Als Ergebnis der Vermischung entstand das Entdeckerschiff der frühen Neuzeit, die Karavelle und der Nachfolgetyp der Kogge, der Kraweel. Der Schiffbau fand in Europa bis in das 19. Jahrhundert hinein in erster Linie in Werften an Stränden statt. Meist wurden die Schiffe quer zur Fahrtrichtung am Strand aufgebaut. Der Kiel lag auf den so genannten Stapeln, an diese Art, Schiffe zu bauen, erinnert heute noch das Wort "Stapellauf" Auf hölzernen Gleitschienen wurden die Schiffe in das Wasser geschoben. Nur selten wurde auch die Längsrichtung benutzt. Diese Art des Schiffbaus in Strandwerften begrenzte die Größe der Schiffe.

Neuzeit

Die ersten Trockendocks wurden vermutlich vom chinesischen Admiral Zheng He Anfang des 15. Jahrhunderts entwickelt und in Nanking gebaut. Auf ihnen fand der Bau für damalige Verhältnisse riesiger Schatzschiffe statt, die drei bis viermal länger waren als die längsten Karacken des späten Mittelalters in Europa. Ihre Ausmaße wurden in der übrigen Welt erst durch die Vollschiffe des 19. Jahrhunderts knapp erreicht. Noch heute ist ein solches Trockendock in Nanking erhalten. Das erste Trockendock Europas entstand 1495 in Portsmouth (England). Es dauerte jedoch noch mehrere hundert Jahre, bis sich das Trockendock für den Schiffbau im 19. Jahrhundert allgemein durchsetzte. Drei Jahrtausende war Holz das dominierende Baumaterial für Schiffe. Zu Beginn der Industrialisierung begannen die Schiffbauer vor allem in Großbritannien verstärkt Eisen einzusetzen, um das rar gewordene Krummholz zu ersetzen. Damit entstand die Kompositbauweise mit Kielschwein und Spanten aus Eisenprofilen und Beplankung aus Holz. Das Unterwasserschiff wurde zum Schutz gegen Bewuchs mit Kupferblech beschlagen. Komplett aus Eisen gebaute Schiffe wurden lange gemieden, zum Teil weil die Seeleute dies als Frevel empfanden, da Eisen im Gegensatz zu Holz nicht schwimmen konnte. Ein Sturm, den allein ein aus Eisen gebautes Schiff schadlos überstand, brachte die Wende. Damit wurde die Bauweise aus vernieteten Eisenplatten üblich, ab ca. 1890 ersetzte vernieteter Stahl das Eisen. Die erste deutsche Werft die den ersten "Eisendampfer" baute, war die Neptunwerft in Rostock. Die Schweißtechnik im Schiffbau wurde erst nach 1920 eingesetzt, forciert durch die deutsche Marine, die mit der neuen Technik leichtere Schiffe bauen wollte, da der Versailler Vertrag diesbezüglich starke Beschränkungen auferlegte. Insbesondere bei den Panzerschiffen wurde dies konsequent angewendet. Siehe auch: Wikingerlangschiff, Hansekogge, Karavelle, Heinrich der Seefahrer

Fachliche Gliederung des Schiffbaus

Schiffsentwurf

Beim Schiffsentwurf wird zunächst die geometrische Form des Rumpfes entwickelt und in einem Linienriss dokumentiert. Der Linienriss enthält Wasserlinien (horizontale Schnitte), (Konstruktions-)Spanten (vertikale Schnitte in Querrichtung), Schnitte (vertikale Schnitte in Längsrichtung) und teilweise auch Senten (schräge Schnitte). Aus Symmetriegründen und wegen der besseren Sichtbarkeit stellt ein Spantriss im allgemeinen nur eine Hälfte dar, das Hinterschiff links und das Vorschiff rechts. Dabei wird das Schiff in Längsrichtung in 20 gleichlange Abschnitte unterteilt, welche dann die Konstruktionsspanten ergeben. Die Konstruktionsspanten sind von 0 (hinteres Lot HL)¹ bis 20 (vorderes Lot VL)² durchnummeriert. Weitere Spanten werden im Bereich großer Formänderung, also Hinter- und Vorschiff benutzt. Die sind in der Regel Spanten auf halbem Spantabstand mit der Nummerierung 18,5 und 19,5. Um das Schiff komplett, also auch achtern vom HL und vor dem VL, darzustellen, werden weitere Spanten eingefügt. Diese werden dann entsprechend nummeriert (z.B. -5, -4, 21, 22, ...). Ziel des Entwurfs ist es, eine Schiffsform zu entwickeln, die den Vorgaben des Reeders entspricht und dabei die unterschiedlichen hydrodynamischen, konstruktiven, fertigungstechnischen Anforderungen einhält. Am Ende des Zyklus steht als Kompromiss aller physikalischen und wirtschaftlichen Parameter ein Schiff, das als Investitionsgut dem Eigentümer ermöglicht das investierte Kapital durch den Betrieb wieder einzufahren und maximalen Gewinn zu erzielen. In der Regel wird ein vorhandener Linienriss als Vorlage genommen und geometrisch verzerrt. Der Schiffsentwurf erfolgt in der Regel in dieser Reihenfolge:
- Anforderung an das Schiff, z. B. Länge, Breite, Tiefgang, Geschwindigkeit, Ladevolumen, Anzahl von Containern oder der Tragfähigkeit
- Aufteilung des Schiffes in die Geometrie der Laderäume, Tanks, etc.
- Es wird ein grober Generalplan GAP (GAP für General Arrangement Plan) erstellt
- Festlegung oder Abschätzung der wichtigen hydrodynamischen Kenngrößen, wie z. B. Blockkoeffizient CB, Verdrängungsschwerpunkt, Widerstand
- Anschließend wird versucht die Schiffsform um den festen Punkt herum anhand der Anforderungen zu entwerfen. Der Schiffsentwurf ist immer ein Kompromiss zwischen Anforderung des Reeders und dem physikalisch Machbaren. ¹: Das hintere Lot befindet sich in der Regel an der Stelle, an der sich die Konstruktionswasserlinie mit dem Ruderschaft schneidet. Die Konstruktionswasserlinie entspricht dem horizontalen Schnitt auf dem festgelegten Tiefgang. ²: Das vordere Lot liegt an der Stelle, an der die Vorschiffskontur die Konstruktionswasserlinie schneidet. Die Länge zwischen dem vorderen und hinteren Lot nennt man auch die Länge zwischen den Loten. Die Abkürzung hierfür ist LPP von Length between perpendiculars. In der Regel werden die hydrodynamischen Kenngrößen auf diese Länge bezogen.

Schiffshydrodynamik

Mit empirischen Verfahren, beispielsweise dem Holtrop-Verfahren, mit Widerstands- und Propulsionsversuchen im Modellmaßstab und teilweise auch mit CFD-Berechnungen wird eine Prognose erstellt, wie viel Maschinenleistung das Schiff brauchen wird, um die vertraglich vereinbarte Geschwindigkeit zu erreichen. Die Genauigkeit, die dabei gefordert und auch erreicht wird, ist enorm. Diese Untersuchungen am Schiffsrumpf gehen Hand in Hand mit mindestens genauso aufwändigen hydrodynamischen Untersuchungen am Propeller. Weitere hydrodynamische Untersuchungen betreffen das Manövrier- und Seegangsverhalten und teilweise auch entsprechende Modellversuche in Eis.

Schiffsfestigkeit

Längsfestigkeit: Global und in allergröbster Näherung wird das Schiff als ein Biegebalken angesehen, dessen Schnittlasten sich aus der unterschiedlichen Verteilung von Gewicht, Ladung und Auftrieb ergeben. Querfestigkeit: Eine in Gedanken herausgeschnittene Scheibe wird bei vernachlässigter Wechselwirkung mit dem weggeschnittenen restlichen Schiff als U-förmige Anordnung von Stahlträgern berechnet. Siehe auch Balkentheorie. Detailliertere Berechnungen mit FEM-Software berücksichtigen, dass das Schiff als Grobblechkonstruktion ein komplexes Gefüge aus Flächentragwerken darstellt. Um immer wiederkehrende Berechnungen zu vermeiden dimensioniert man die Spanten, Rahmen, Träger, Lukensülle und dergleichen nach Bauvorschriften von Klassifikationsgesellschaften.

Schiffsmaschinenbau

Als Schiffsantriebe kommen heute im wesentlichen Dieselmotoren zum Einsatz. Nicht nur Kolbendampfmaschinen, sondern auch Dampfturbinen gehören der Geschichte an, und Gasturbinen sowie zivile Nuklearantriebe haben sich nicht durchsetzen können. Allerdings werden heute neue Kreuzfahrtschiffe, die in den USA Häfen in Alaska anlaufen wollen, wieder mit Gasturbinen ausgerüstet. Der Vorteil ist der fast nicht vorhandene Ausstoß an Rußpartikeln. Schiffsmotoren gliedert man in schnell-, mittelschnell- und langsamlaufende Motoren einerseits und in Zwei- und Viertaktmotoren andererseits. Zweitaktmotoren sind immer Langsamläufer. Die größten Leistungen werden von Langsamläufern erbracht. Die maximale Leistung beträgt im Moment eine Größenordnung von ca. 98 MW in einem Motor. Ein solcher Dieselmotor wiegt ca. 3.300 t und hat die folgenden Abmaße: L ca. 32,3 m, B ca. 12 m (inkl. Plattform), H ca. 14 m. Als Antrieb werden solche Motoren für große Containerschiffe verwendet, die eine Tragfähigkeit von ca. 10.000 TEU haben.

Wirtschaftliche Bedeutung des Schiffbaus

Den Seeschiffbau-Markt haben einige wenige fernöstliche Länder an sich gezogen, neben Japan vor allem Korea, und in zunehmendem Maße auch China. Speziell im Fall Koreas liegt dies auch an massiven Subventionen. Dies trifft um so mehr zu, je technologisch anspruchsloser der jeweilige Schiffstyp ist, beispielsweise lassen sich Massengutfrachter und Tanker in Europa nicht zu konkurrenzfähigen Preisen anbieten. Die Länder Europas und Nordamerikas haben darauf unterschiedlich reagiert:
- Vollständiger Rückzug aus dem Schiffbau,
- Beschränkung auf Marineschiffbau (Kriegsschiffe) und Reparaturdienstleistungen,
- Spezialisierung,
- Ingenieurdienstleistungen ohne Fertigung. Beispielsweise verfügen Großbritannien und Schweden über keine Werften für große Seeschiffe mehr und Frankreich nur noch über eine einzige (Chantiers de l'Atlantique in St. Nazaire). Großbritannien erlebt zurzeit jedoch wieder einen Aufschwung, der vor allem auf die Spezialisierung auf den militärischen Schiffbau, sowie mehrere Werftenfusionen zurückzuführen ist. Eine bescheidene Vielfalt an Werften konnte sich in Deutschland, Spanien, Italien und Polen erhalten. In Deutschland haben sich beispielsweise die Werft Jos.L.Meyer (Meyer-Werft) in Papenburg als Anbieter hochentwickelter Kreuzfahrtschiffe einen Namen gemacht sowie Howaldtswerke-Deutsche Werft AG in Kiel als führender Entwickler und Hersteller nicht-atomarer U-Boote. Kleine europäische Werften profitieren von ihrer Flexibilität und von ihrer Erfahrung. Insbesondere in Deutschland sind jedoch hohe staatliche Subventionen notwendig, um den Schiffbau in seiner heutigen Form weiterhin beizubehalten. 2005 sind die staatlichen Subventionen in Deutschland ausgelaufen was zu Stellenstreichungen trotz gestiegenem Umsatz führte. Es wird allerdings zurzeit (Stand Mai 2005) überlegt, zukünftig den Schiffbau über Forschungsprojekte wieder staatlich zu subventionieren. Der Binnenschiffbau spielt wegen der geringen Nachfrage und technologischen Anforderungen nur eine marginale Rolle. Binnenschiffswerften gibt es (abgesehen von Reparaturbetrieben) in Deutschland und in den meisten anderen europäischen Ländern nur noch recht wenige. Eine Ausnahme ist Rumänien, das wegen der geringen Lohnkosten praktisch das Binnenschiffbau-Land Europas geworden ist. Impulse für Forschung und Entwicklung ergeben sich aus der immer noch hohen Quote an Schiffsverlusten im Seegang (beispielsweise durch "parametrisches Rollen"), ferner dadurch, dass regelmäßig Umweltkatastrophen durch verunfallte Öltanker in die Schlagzeilen geraten sowie dadurch, dass der Bedarf an immer größeren Containerschiffen im direkten Zusammenhang mit der weltwirtschaftlichen Entwicklung steht.

Weblinks

- [http://www.schiffstechnik-buchloh.de Ingenieurbüro für Schiffbau]
- [http://www.dmkn.de/1779/technologie.nsf Deutsches Maritimes Kompetenz Netz (DMKN) - Center Schiffbau und Technologie]

Siehe auch:

Propeller, Ruder, Manövrieren, Schiffbau-Versuchsanstalt, Klassifikationsgesellschaft, Entwicklungsgeschichte des Segelschiffs, Werft, SWAF Prinzip, Verkehrstechnik ja:造船

Bauantrag

In Deutschland bedarf es in der Regel zur Errichtung eines Bauwerkes der Baugenehmigung, deren Erlangung der Bauantrag dient. Einzelheiten wie z. B. die Legaldefinition des Bauvorhabens regelt die einschlägige Bauordnung des jeweiligen Bundeslandes. Bauantragsformulare werden von sehr vielen Behörden (Landratsämter, Gemeinden, und Stadtverwaltungen) zum Download bereitgestellt. Im Normalfall ist für das Erstellen eines Bauantrags ein vorlageberechtigter Entwurfsverfasser (z. B. Architekt, Vorlageberechtigung durch entsprechende Eintragung bei der Kammer) erforderlich, der die Pläne, die Antragsformulare und die sonstigen Unterlagen mit unterschreibt und stempelt. Im Einzelfall kann es sinnvoll sein, vor einem Bauantrag zunächst eine Bauvoranfrage zu stellen.

Allgemein notwendige Unterlagen eines Bauantrages

Bauzeichnungen

Zeichnerische Darstellung der geplanten Baumaßnahme im Maßstab 1/100 (1 cm entspricht 1 m)

Bauantrag

Ausgefüllter Bauantrag mit statistischem Erhebungsbogen

Lageplan

Katasteramtlicher Lageplan im Maßstab 1/1000 (1 cm entspricht 10 m) bzw. 1/500 (1 cm entspricht 5 m) Dieser ist beim zuständigen Katasteramt oder bei öffentlich bestellten Vermessungsingenieuren erhältlich. Es sind in der Regel ein beglaubigtes und zwei unbeglaubigte Exemplare vorzulegen.

Baubeschreibung

Baubeschreibung bzw. zusätzlich die Betriebsbeschreibung (bei gewerblichen Baumaßnahmen) Durch die Baubeschreibung wird das Vorhaben in seinen technischen Einzelheiten, durch die Angabe von verwendeten Baumaterialien und Ausstattungen, erläutert.

Berechnungen

Berechnungen und Ermittlung der bebauten Fläche, des umbauten Raumes der Grundflächenzahl (GRZ) der Geschossflächenzahl (GFZ) der Wohnfläche oder Nutzfläche Angabe der Rohbau- und Gesamtkosten

Technische Nachweise

Standsicherheitsnachweis (Statik), Wärmeschutznachweis sowie gegebenenfalls der Schallschutznachweis. Diese können zumeist auch im Laufe des Genehmigungsverfahrens nachgereicht werden, bzw. sind bei bestimmten Baumaßnahmen nicht erforderlich.

Betriebsbeschreibung

Bei gewerblichen Bauvorhaben mit Beschreibung und Darstellung der Tätigkeit des Betriebes der Betriebsablauf die Anzahl der Beschäftigten usw. enthalten

Entwässerungsplan

Zeichnerische Darstellung der Abwasser- und Niederschlagswasserbeseitigung. Eventuell notwendige weitere Unterlagen können der Brandschutznachweis, Detaillierte technische Angaben zu Heizungs- oder Lüftungsanlagen, sowie die Prüfstatik sein. Kategorie:Baurecht

Bauwerk

Ein Bauwerk ist eine von Menschen errichtete Konstruktion. Es ist fest mit dem Untergrund verbunden und unbeweglich (vgl. Immobilie). Es ist in der Regel für eine langfristige Nutzungsdauer konzipiert. Gebäude ist ein Unterbegriff von "Bauwerk" (siehe unten). Der heutige Sprachgebrauch nennt Gebäude aber auch Bauwerk, wenn sie einen besonderen Wert, eine herausragende ideelle Bedeutung oder starke Monumentalität besitzen. Im deutschen Baurecht fallen Bauwerke unter den Oberbegriff der Baulichen Anlagen, der in den jeweiligen Landesbauordnungen der einzelnen Bundesländer definiert ist.

Differenzierung

Man kann Bauwerke nach allen möglichen Parametern differenzieren, zum Beispiel nach der Konstruktion, nach den verwendeten Baustoffen oder nach der Funktion. Üblich ist jedoch die einfache Unterscheidung von Tiefbau und Hochbau. Daneben gibt es Objekte, bei denen nicht klar ist, ob sie Bauwerke oder natürlichen Ursprungs sind, so z.B. die Pyramideninsel Yonaguni in Japan.

Herstellung

Ein Bauwerk wird im Bauprozess hergestellt, dieser umfasst Bauplanung und die Bauausführung. Ein Bauwerk besteht aus einzelnen Bauteilen, die wiederum aus Baustoffen bestehen. Die Art der Konstruktion und die Verwendung der Baustoffe variiert je nach Standort, Technologie-Stand und Stilepoche.

Funktion

Im Gegensatz zu einem Gebäude ist ein Bauwerk nicht zwingend für den Aufenthalt oder die Lagerung von Menschen, Lebewesen oder Dingen bestimmt. Ein Bauwerk kann verschiedenen Zwecken dienen:
- Gebäude: dienen dem Aufenthalt oder der Lagerung von Menschen, Lebewesen oder Dingen. Beispiele: Hütte, Wohnhaus, Fabrikhalle, Lagerhalle, Kirche
- Verkehrsbauwerke: Brücke, Straße, Tunnel, Stollen
- Versorgungsbauwerke: Wasser- und Abwasserleitungen, Klärwerke, Deich, Staudamm, Staumauer. Unter diese Kategorie fallen auch Sendetürme, Sendemasten und Freileitungsmasten
- Temporäre Bauwerke: Fliegende Bauten, Zelte, Messepavillions, Hilfsbauten

Siehe auch

- Liste von Bauwerken nach ABC geordnet, in Hamburg
- Bauwerkstypen eine Gliederung
- Liste der höchsten Gebäude der Welt
- Portal:Architektur und Bauwesen
- Architektur, Bauingenieurwesen

Weblinks

- [http://www.archinform.net archINFORM] - Datenbank für Architektur
- [http://www.structurae.de Structurae] - Datenbank für Ingenieurbau
- Bilder berühmter Bauwerke: http://www.biw.fh-deggendorf.de/alumni/2001/wintermeier/bauwerke/
- [http://www.das-baulexikon.de/ Baulexikon] !

Tragfähigkeit

Generell gibt Tragfähigkeit eine maximale Belastbarkeit an. Der Begriff wird auch metaphorisch verwendet.

Technik

Hebezeuge

Die Tragfähigkeit gibt die vom Hersteller angegebene maximal zulässige Belastung eines Hebezeuges, oder lastaufnehmender Elemente an. Sie wird üblicherweise in Kilogramm angegeben. Siehe auch: Bruchfestigkeit

Lager

Die Tragfähigkeit eines Lagers. Ausgedrückt wird dies durch die statische Tragzahl C₀ und die dynamische Tragzahl C. Die Tragfähigkeit eines Lagers ist entscheidend für die Auswahl eines Lagers in dem zu erwartendem Lastfall.

Bauwesen

Im Bauwesen erfolgt die Bemessung in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit. Dabei werden die Bemessungswerte der Bauteilwiderstände mit den Bemessungswerten der Einwirkungen bzw. den daraus berechneten Schnittgrößen verglichen. Es ist nachzuweisen, dass der Widerstand größer ist als die Einwirkung. Die Tragfähigkeit eines Bodens ist ein Maß dafür, wie tief und umfangreich die Fundamente eines Bauwerks angelegt werden müssen. Die Tragfähigkeit wird bestimmt durch eine Rammsondierung.

Geographie

In der Geographie ist Tragfähigkeit ein Sammelbegriff für die verschiedenen Arten, einen Staat bzw. eine Gesellschaft zu versorgen. Unterschieden werden muss:
- Die agrare Tragfähigkeit gibt an, ob bzw. wie gut eine Gesellschaft sich mit der eigenen Agrarproduktion auf gleichbleibendem Entwicklungsstand versorgen kann.
- Bei der potenziellen Tragfähigkeit wird der Fall angenommen, dass die Gesellschaft die bestmöglichen Werkzeuge und Methoden besitzt, um Güter zu produzieren.
- Die maximale Tragfähigkeit begnügt sich mit der Befriedigung ausschließlich des Existenzminimums der Bevölkerung.
- Innenbedingte Tragfähigkeit geht davon aus, dass keine Waren importiert werden, während die außenbedingte Tragfähigkeit Importe miteinschließt, wobei sie jedoch unterscheidet, ob eine Gegenfinanzierung gewährleistet ist (Japan) oder nicht (Ägypten). Die Tragfähigkeit ist jedoch nicht immer aussagekräftig, da z.B. Staaten wie Japan kaum Rohstoffe besitzen und nur wenige Nahrungsmittel selbst anbauen können, und dennoch einer der wichtigsten Industriestandorte der Welt sind.

Ökologie

Siehe hierzu intraspezifische Konkurrenz. Kategorie:Technik Kategorie:Bauwesen Kategorie:Geographie

Standsicherheit

Die Standsicherheit wird im Bauingenieurswesen als Quotient zwischen den aufnehmbaren und den vorhandenen Beanspruchungen eines Tragwerks berechnet. Im Rahmen von Normen wird für bestimmte Standsicherheitsnachweise eine erforderliche Standsicherheit verlangt. Zum Nachweis der Standsicherheit müssen verschiedene Versagensmechanismen einzeln nachgewiesen werden. Die Versagensmechanismen können in Systemversagen und örtliches Versagen untergliedert werden. Bei einem Systemversagen versagt das Gesamtsystem. Ein Beispiel für ein Systemversagen ist das Kippen einer Wand. Bei einem örtlichen Versagen tritt an einem örtlich begrenzten Bereich eine für das verwendete Material zu große Beanspruchung auf. Beispielsweise wird die maximal aufnehmbare Spannung für eine Mörtelfuge in einer Mauerwerkswand überschritten. Dies kann zu unerwünschten Rissen in der Wand führen. Je nach Tragreserven im Gesamtsystem kann ein örtliches Versagen auch zu einem Systemversagen führen. Die Berechnung der Beanspruchungen (i.d.R. Spannungen) erfolgt über die Lösung von Differentialgleichungen. In der Regel können die Differentialgleichungen nicht exakt gelöst werden. Es werden daher physikalische und/oder numerische Näherungslösungen ermittelt. Ein Beispiel für eine physikalische Näherung ist die Plattentheorie, bei der das Tragwerk einer Decke über Zustandsgrößen für eine Fläche ermittelt werden. Ein Beispiel für ein numerisches Näherungsverfahren ist die Finite-Elemente-Methode (FEM). Ein Beispiel für ein einfaches Verfahren zur Standsicherheitsberechnung ist das Kragträgerverfahren, das mit Balkentheorie auskommt. Siehe auch: Teilsicherheitskonzept Kategorie:Bauingenieurwesen

Dauerhaftigkeit

Dauerhaftigkeit ist ein Begriff aus dem Bauwesen. Als Dauerhaftigkeit wird dabei allgemein die Anforderung an das Tragwerk bzw. einzelne Bauteile bezeichnet, über den geplanten Nutzungszeitraum die Tragfähigkeit und die Gebrauchseigenschaften sicherzustellen. Dieser Zeitraum beträgt z.B. bei Stahlbeton- bzw. Spannbetonbauteilen 50 Jahre, sofern nichts anderes festgelegt wurde. Sie dürfen sich während der gesamten vorgesehenen Nutzungsdauer nicht unzulässig verändern, so daß sie stets gegenüber allen Einwirkungen ausreichend widerstandsfähig sind und der Bewehrung einen ausreichenden Korrosionsschutz gewähren. Zur Sicherstellung ist dabei eine ausreichende Betondeckung des Betonstahls bzw. Spannstahls sowie eine geeignete Betonzusammensetzung erforderlich. Die zugehörigen Anforderungen sind in den Normen für die jeweils vorliegenden Umweltbedingungen und Beanspruchungen über sogenannte Expositionsklassen geregelt. Kategorie:Bauwesen Kategorie:Beton

Klassifikationsgesellschaft

Eine Klassifikationsgesellschaft ist ein Unternehmen, das im Schiffbau als Gutachter auftritt. Es ist einerseits für die Klassifikation von Schiffen und andererseits für die regelmäßige Kontrolle des Erhaltungszustands zuständig. Man könnte eine Klassifikationsgesellschaft etwas unscharf als „Schiffs-TÜV“ bezeichnen, jedoch ist ihr Aufgabenbereich auch mit dem vergleichbar, was man im Bauingenieurwesen als „Prüfstatik“ kennt. Eine Klassifikation ist die Einteilung der Schiffe in Klassen.

Die Entstehung von Klassifikationsgesellschaften

Das Interesse an der Qualität der Schiffe war schon immer groß, wenn man einmal bedenkt, dass man ihm wertvolle Ware anvertraute oder sogar selbst mitreiste. Um sich von der Qualität zu überzeugen, waren schon zu Beginn des Seehandels der gute Ruf von Schiffbauer und Kapitän und nicht zuletzt die persönliche Besichtigung des Schiffes ausschlaggebend. Den Kaufleuten fiel es jedoch schwer, die Qualität der Schiffe richtig zu beurteilen; schließlich waren sie keine Schiffbauer. Zum Vergleich der Schiffe waren außerdem keine einheitlichen Standards gegeben, so dass die Eigner und Versicherer sich stark für die Gründung von Klassifikationsgesellschaften aussprachen, die die Schiffe einstufen und beurteilen sollten. So kam es, dass die Schiffsdaten in Registern durch objektive Beurteiler festgehalten wurden, die dem Vergleich der Schiffe dienten. Sie enthielten Informationen über Ausstattung, Ladevolumen, und Eigner. Schäden und Mängel wurden ebenfalls festgehalten, was die Versicherungsprämien je nach Ausmaß ansteigen ließ, falls man bei größeren Schäden überhaupt noch Versicherer fand. Da zwischen den Klassifikationsgesellschaften ein Wettbewerb stattfand, bei dem es darum ging, die Prüfungskosten möglichst niedrig zu halten, wurde anfangs bei kleineren Mängeln auch einmal ein Auge zugedrückt. Heutzutage ist dies nicht mehr möglich, da es eindeutige, internationale Standards gibt. Bevor ein Schiff die erste Reise antritt, muss ein technisches Einverständnis der Experten der Klassifikationsgesellschaften eingeholt werden. Zur Kontrolle und Optimierung der Konstruktion und Systeme stehen modernste Technologien zur Verfügung wie z.B. Computersimulationen. Im Grunde genommen kann man die heutigen Klassifikationsgesellschaften mit dem TÜV für Kraftfahrzeuge vergleichen, der auch die Kontrolle und Besichtigung aller für die Sicherheit relevanten Teile übernimmt. Schiffe sind jedoch wesentlich komplexer und jedes eine Einzelfertigung (außer bei Schwesterschiffen), was die Arbeit des ‚Schiff-TÜV‘ nicht einfacher macht. Heute übernehmen die Klassifikationsgesellschaften also eine Beraterfunktion in Zusammenarbeit mit den Werften und verstehen sich als „zuverlässige Partner in den Bemühungen, eine wirtschaftliche, zukunftsorientierte aber auch sichere Schifffahrt zu schaffen.“ Schiffe werden entsprechend der Bauausführung und dem Erhaltungszustand des Schiffskörpers und der Maschinenanlage eingeteilt. Die Klasse ist eine Beurteilung der Seetüchtigkeit und ist Basis bei Schiffs- und Ladungsversicherungen sowie bei Handel von Schiffen. Weltweit gibt es 10 international anerkannte Klassifikationsgesellschaften die in der IACS als Dachorganisation organisiert sind und ca. 30 weitere Klassifikationsgesellschaften. Die bekanntesten Klassifikationsgesellschaften sind:
- American Bureau of Shipping (ABS), USA
- Bureau Veritas (BV), Frankreich
- China Classification Society (CCS), China
- Det Norske Veritas (DNV), Norwegen
- Germanischer Lloyd (GL), Deutschland
- Korean Register of Shipping (KRS), Korea
- Lloyd's Register of Shipping (LRS), England
- Nippon Kaiji Kyokai (NKK), Japan
- Registro Italiano Navale (RINA), Italien
- Maritime Register of Shipping (RS), Russland Alle diese Klassifikationsgesellschaften sind zusammengeschlossen in der IACS, der „International Association of Classification Societies“.
- Polski Rejestr Statkow (PRS), Polen wurde aus der Dachorganisation IACS ausgeschlossen, weil sie dem international angestrebten Qualitätsstandard nicht mehr entsprach. Von welcher Klassifikationsgesellschaft ein bestimmtes Schiff klassifiziert ist, kann jedermann leicht von der Freibordmarke (siehe auch Schiffsmaß) ablesen. Z.B. wenn der durchgestrichene Kreis mit „GL“ beschriftet ist, ist es der Germanische Lloyd. Grundsätzlich ist ein Reeder nicht unbedingt verpflichtet, sein Schiff klassifizieren zu lassen, allerdings ist ein nicht klassifiziertes Schiff völlig eingeschränkt, wenn es nicht ausschließlich in Gewässern unterentwickelter Länder fahren soll. Schiffe ohne Klasse werden z.B. nicht in europäischen Gewässern und schon gar nicht in den Häfen geduldet. Von daher kommt ein Reeder in vielen Fällen nicht darum herum, sein Schiff klassifizieren zu lassen. Dies gilt allerdings nur für zivile Schiffe — Marineschiffe werden nicht klassifiziert. Die Schiffe werden von Besichtigern (Techniker) der Klassifikationsgesellschaften regelmäßig kontrolliert. Einige Maschinenteile, wie Behälter unter Druck (Dampfkessel, Luftbehälter usw.) jährlich, andere zweijährlich. Alle fünf Jahre wird die so genannte „Große Klasse“ durchgeführt, wobei das Schiff im Dock trockengestellt wird. Hier erfolgt eine genaue Untersuchung der Außenbordteile, wie Ruder, Außenhaut, Propeller, Bugstrahlruder und der innenliegenden Ausgussventile und Seekästen. Außerdem geben Klassifikationsgesellschaften Bauvorschriften heraus, die anstelle immer wieder derselben Festigkeitsberechnungen bei der Dimensionierung schiffbaulicher Konstruktionen zugrundegelegt werden können. Des Weiteren zertifizieren sie Berechnungen nicht nur an Schiffen, sondern auch an Offshore-Konstruktionen, was man mit der Prüfstatik in der Bauindustrie vergleichen kann. Um ihr Wissen und ihre Erfahrungen bei fortschreitender technischer Entwicklung immer auf hohem Niveau und auf dem neuesten Stand zu halten betreiben Klassifikationsgesellschaften Forschung.

Historie

Die erste Klassifikationsgesellschaft wurde 1760 gegründet, und zwar die britische Gesellschaft „Lloyds Register of Shipping“. Damals existierte in der City von London ein „Coffee House“ eines Walisers Edward Lloyd. Dieses „Coffee House“ war Treffpunkt der Reeder, Broker und Kaufleute, um sich über den Handel, die Schifffahrt und deren Betreiber zu informieren. Darin lag die Keimzelle der heute ältesten Klassifikationsgesellschaft. Stück für Stück schlossen sich einige Reeder und Werftbesitzer in einer Gesellschaft zusammen, mit dem Ziel, die Verständigung und den Informationsaustausch zwischen den beiden Parteien „Hersteller“ und „Käufer“ zu verbessern. Außerdem lag den Reedern viel daran, eine Institution zu schaffen, die fachlich in der Lage ist, Schiffe zu bewerten, auf dessen Grundlage dann Policen für die Schiffe bei den Versicherungen erstellt werden können.

Weblinks

- [http://www.iacs.org.uk/ International Association of Classification Societies]
- [http://www.eagle.org/ American Bureau Of Shipping]
- [http://www.bureauveritas.com/ Bureau Veritas]
- [http://www.dnv.no/ Det Norske Veritas]
- [http://www.germanischerlloyd.de Germanischer Lloyd]
- [http://www.krs.co.kr/ Korean Register of Shipping]
- [http://www.lr.org/ Lloyds Register of Shipping]
- [http://www.classnk.or.jp/ Nippon Kaiji Kyokai]
- [http://www.rina.org/ Registro Italiano Navale] Kategorie:Schiffbau

Balkentheorie

Die Balkentheorie beschreibt das Verhalten von Balken unter Belastung. Sie ist ein Teilgebiete der Technischen Mechanik, speziell der Festigkeitslehre, der Elastizitätstheorie und der Statik. Zur Anwendung kommt die Balkentheorie in vielen Ingenieurwissenschaften, beispielsweise
- Bauingenieurwesen
- Maschinenbau
- Schiffbau
- Luft- und Raumfahrttechnik bzw. Flugzeugbau.

Voraussetzungen

Die Balkentheorie befasst sich mit der Berechnung von Bauteilen mit folgenden Merkmalen, die als Balken bezeichnet werden:
- Ein Balken ist ein stabförmiges Tragglied, das durch Lasten längs und quer zu seiner Achse belastet werden kann. Die Reaktion des Balkens auf die Belastungen sind Dehn- Biege-, Schub-, Wölb-, Drill- und Querverformungen verbunden mit Schnittkräften, in denen die inneren Spannungen in geeigneter Weise zusammengefasst werden.
- Solange nur die Verformung in eine Richtung (y als Funktion von x) betrachtet wird, ist die Abmessung in die dritte Dimension (z) irrelevant: die Theorie gilt in diesem Sonderfall auch für eine Platte und umfasst dabei als wichtigen Anwendungsfall das Regalbrett.
- Bei einem Balken im engeren Sinne ist die Achse im unbelasteten Zustand gerade, obwohl man auch Bögen mit einer entsprechend erweiterten Form der Balkentheorie berechnen kann.
- Ein Balken im engeren Sinne besteht aus elastischem Werkstoff, beispielsweise Stahl oder Stahlbeton, obwohl man auch viele andere Werkstoffe näherungsweise so berechnen kann, als seien sie elastisch. Ein Balken verhält sich biegesteif. Seile verhalten sich näherungsweise biegeschlaff und sind deshalb keine Balken.
- Die Belastung des Balkens erfolgt quer zu seiner Achse, so dass er sich durchbiegt. Wenn das Bauteil nur längs zu seiner Achse belastet wird (Zug/Druck, Torsion) und nicht ausknickt, nennt man es nicht Balken, sondern Stab. Wenn das Bauteil zwar nur längs belastet wird, aber bei Stabilitätsversagen seitlich ausknickt, nennt man es zwar Knickstab und nicht Knickbalken, aber es wird mit einer erweiterten Form der Balkentheorie (Theorie Zweiter Ordnung) berechnet.
- Im engeren Sinne versteht man unter einem Balken einen Euler-Bernoulli-Balken. Dabei gilt die Hypothese: Querschnitte, die ursprünglich rechtwinklig zur Nullinie sind, bleiben bei der Verformung eben. Bei reiner Biegung (M = const) bleiben die Querschnitte außerdem auch senkrecht auf der Nullinie, weil die Biegelinie dann ein Kreis ist und die Querschnittsebene mit dem Kreisradius zusammenfällt. In allen anderen Fällen ist die Querschnittsebene um den Schubwinkel gedreht. Dies wird z.B.durch eine allgemeinere und kompliziertere Balkentheorie zu erfassen versucht, nämlich die Theorie der Timoshenko-Balken. Diese berücksichtigt die Schubverformung der Querschnittsebene. Die Balkentheorie bezieht sich auch auf Bauteile, die aus einzelnen Balken zusammengesetzt sind.

Grundzüge der Theorie

Näherungsschritte

Allgemein unterscheidet man
- Balkentheorie Erster Ordnung: Es wird näherungsweise am unverformten Balken ein Balkenelement betrachtet und die Kräfte und Momente bilanziert. Sie genügt fast immer.
- Balkentheorie Zweiter Ordnung: Es wird am verformten Balken ein Balkenelement betrachtet, jedoch wird das mathematische Modell linearisiert. Sie wird für Stabilitätsprobleme benötigt, sowie für große Durchbiegungen bei Neigungswinkeln bis ca. 20°.
- Balkentheorie Dritter Ordnung: Es wird am verformten Balken ein Balkenelement betrachtet, und das mathematische Modell wird nicht linearisiert. Sie wird in Sonderfällen benötigt, bei sehr großen Durchbiegungen und Neigungswinkeln über ca. 20°.

Theorie Erster Ordnung: Statik

Timoshenko-Balken Timoshenko-Balken

statisch bestimmt

Bei statisch bestimmt gelagerten Balken lassen sich die Auflagerkräfte und Schnittgrößen aus den Gleichgewichtsbedingungen bestimmen. Statisch bestimmte Balken besitzen in Längsrichtung ein festes Auflager und ein längsbewegliches Auflager oder sind an einem Balkenende eingespannt. Als "fest" bezeichnet man ein Auflager dann, wenn es horizontal gehalten wird und somit Horizontalkräfte übertragen kann. Ein bewegliches Auflager kann sich dagegen horizontal verschieben und somit keine Kräfte in dieser Richtung abtragen.

statisch unbestimmt

Bei statisch unbestimmt gelagerten Balken sind zusätzlich zu den Gleichgewichtbedingungen auch Verträglichkeitsbedingungen zu erfüllen, um die die Auflagerkräfte und Schnittgrößen bestimmen zu können. Statisch unbestimmte Balken besitzen beliebig viele Auflager oder Einspannungen. Im einfachsten Fall wird ein Balken anhand der folgenden linearen inhomogenen Differentialgleichung berechnet. Sie stellt einen Zusammenhang zwischen der Durchbiegung w (in y-Richtung) und der Streckenlast (Gewicht pro Strecke) q als Funktion der Koordinate x entlang der Balkenachse her. :

EI\,w'(x) = q(x).

Die Biegesteifigkeit EI setzt sich zusammen aus dem Elastizitätsmodul E des Materials und dem Flächenträgheitsmoment I des geometrisch gegebenen Querschnitts. Letzteres berechnet sich als :

I=\int y^2 yz

. Für einen Balken mit rechteckigem Querschnitt h·b (in y- respektive z-Richtung) ist :

I=.

Rand- und Übergangsbedingungen ergeben sich aus der Art der Auflager und bestehen aus kinematischen Randbedingungen und aus dynamischen (Kräfte und Momente betreffenden) Randbedingungen. Für die dynamischen Randbedingungen ist relevant, welcher Zusammenhang zwischen der Durchbiegung und den Schnittlasten besteht, nämlich Biegemoment: :

M(x) = -EI\,w

(x) Querkraft: : $Q(x) = -EI\,w(x)$ Das Biegemoment setzt sich aus Biegespannungen zusammen, dies sind in axialer Richtung wirkende Spannungen mit einer linearen Verteilung zwischen Druckfaser und Zugfaser: : $\sigma_B(z) = \frac z$ Darin ist I das Flächenträgheitsmoment des Querschnitts um die Achse, um die das Biegemoment dreht. Den Kennwert z/I beim maximalen z (an der äußersten Faser des Querschnitts) nennt man auch Widerstandsmoment. Daraus folgt ein recht bekanntes Ergebnis: die Tragfähigkeit eines Balkens ist proportional zu I/h=bh². Widerstandsmoment Im Falle unsymmetrischer Querschnitte muss das Koordinatensystem in Richtung der Haupttägheitsachsen gedreht werden, damit man die Biegung in beiden Richtungen getrennt voneinander berechnen kann. Beispiel: wenn ein L-Profil von oben belastet wird, kann es sich auch nach vorn oder hinten durchbiegen. Nur in Richtung einer Hauptträgheitsachse biegt sich ein Balken in Richtung der Belastung und nicht quer dazu. Wie stark sich ein Balken verbiegt, hängt ferner sehr stark von der Position der Auflager ab; bei gleichmäßiger Belastung q(x)=const erhält man aus der Differentialgleichung als optimale Lagerpositionen die Bessel-Punkte.
Theorie Erster Ordnung: Dynamik
Bis hier wurde nur die Statik behandelt. Die Balkendynamik, etwa um Balkenschwingungen zu berechnen, basiert auf der Gleichung : $EI\,w'(x,t) + b\,\dot(x,t) + m\,\ddot(x,t)= q(x,t)$ Das Problem hängt hier nicht nur vom Ort x, sondern zusätzlich von der Zeit t ab. Es kommen zwei weitere Parameter des Balkens hinzu, nämlich die Massenverteilung m (in kg/m) und die Strukturdämpfung b. Wenn das Bauteil unter Wasser schwingt, beinhaltet m auch die hydrodynamische Masse, und in b kann man eine linearisierte Form der hydrodynamischen Dämpfung einbeziehen, siehe Morison-Gleichung.
Theorie Zweiter Ordnung: Knickstab
Während bisher die Kräfte und Momente näherungsweise am unverformten Bauteil bilanziert wurden, ist es im Falle von Knickstäben erforderlich, ein Balkenelement im verformten Zustand zu betrachten. Knickstab-Berechnungen basieren auf der Gleichung : $EI\,w'(x) + N\,w$ (x) = q(x) und zwar im einfachsten Fall mit q=0. Hinzu kommt die axial im Knickstab wirkende Druckkraft N, die je nach Randbedingungen die Knicklast nicht überschreiten darf, damit der Stab nicht ausknickt.

Theorie Dritter Ordnung

Ein Anwendungsfall, bei dem Balkentheorie Dritter Ordnung nötig wird, ist z.B. das Verlegen von Offshore-Pipelines von einem Wasserfahrzeug aus in großen Wassertiefen, hier nur als ebener statischer Fall wiedergegeben. Ein sehr langer Rohrstrang hängt vom Fahrzeug zum Meeresboden herunter, ist gekrümmt wie ein Seil, jedoch biegesteif. Die nichtlineare Differentialgleichung lautet hier :

EI\,\varphi

(s) - H\,\sin\varphi(s) + (ws-V) \cos\varphi(s) = 0 Die Koordinate heißt hier nicht mehr x, sondern s. Das ist die Bogenlänge entlang der Pipeline. H ist die entlang der Pipeline konstante Horizontalkomponente der Schnittkraft (Horizontalzug) und wird dadurch beeinflusst, wie stark das Fahrzeug mit seinen Ankern und dem Tensioner an der Pipeline zieht, damit sie nicht durchsackt und bricht. Der Tensioner ist eine Vorrichtung aus zwei Raupenketten, die die Pipeline an Bord einspannt und sie unter Zugbelastung hält. w ist das Gewicht pro Länge abzüglich Auftrieb. V ist eine Rechengröße, die man sich als kleine Bodenauflagerkraft vorstellen kann. Die Geometrie wird durch den Neigungswinkel $\varphi$ beschrieben, der mit der Horizontalkoordinate x(s) und der Vertikalkoordinate z(s) in folgendem Zusammenhang steht: : $\partial x(s)/\partial s = \cos\varphi(s)
\quad\quad\quad
\partial z(s)/\partial s = \sin\varphi(s)$
Geschichte
Nach qualitativen Vorarbeiten von Leonardo da Vinci wurde die Balkentheorie von Galileo Galilei begründet. Er ordnete die Neutralfläche allerdings fehlerhaft an der Unterseite des Balkens an. Knickstäbe wurden erstmals von Leonhard Euler betrachtet.
Literatur

- Gross, Hauger, Schnell: Technische Mechanik Band 1-3. Springer
- Szabó: Einführung in die Technische Mechanik. Springer, 1999
- Gummert, Reckling: Mechanik. Vieweg, 1994
Weblinks

- [http://www.sandwichbau.com/German/library/biegetheorie.htm] Zur Geschichte der Biegetheorie Kategorie:Technische Mechanik

Ql²/8-Statik

Die Bezeichnung ql²/8-Statik bezeichnet scherzhaft sehr einfache Statiken. Tatsächlich ist diese Formel die am häufigsten verwendete Formel in der Statik und wird benutzt für die Momentermittlung bei einem Träger auf zwei Stützen mit Streckenlast. :

M = \frac

In dieser Formel bedeuten:
-

M

- max. Biegemoment in der Mitte des Trägers
-

q

- Streckenlast
-

l

- Länge des Trägers Kategorie:Technische Mechanik Kategorie:Baustatik

Kategorie:Technische Mechanik

Kategorie:Mechanik Kategorie:Maschinenbau

La Chapelle-Montabourlet

La Chapelle-Montabourlet è un comune francese di 85 abitanti situato nel dipartimento della Dordogna nella regione dell'Aquitania. Chapelle-Montabourlet Chapelle-Montabourlet

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