teknik mekanik

Teknik mekaniğin alt alanları
teknik mekanik                                                           Statik   dinamikler   kuvvet teorisi                                             kinematik   kinetik

Mekanik bir parçası olan mekanizma . Fiziksel ilkeleri teknik sistemlere uygular ve esas olarak teknolojide önemli olan katı cisimlerle ilgilenir. Temel amaç, cisimlere etki eden kuvvetleri hesaplamaktır. Teknik mekanik dersleri, makine mühendisliği ve inşaat mühendisliği derslerinin ayrılmaz bir parçasıdır . Ayrıca elektrik mühendisliği , endüstriyel tasarım veya endüstriyel ve ulaşım mühendisliği gibi diğer mühendislik bilimlerinde de ele alınmaktadır , ancak daha az ölçüde.

Teknik mekanik, örneğin makine mühendisliği ve yapı mühendisliği gibi teorik hesaplama yöntemlerini sağlamaktan sorumludur . Bileşenlerin veya yapıların gerçek boyutlandırılması, malzemelerin seçimi ve benzerleri, daha sonra teknik mekaniğin yardımcı bir bilim olduğu uygulama odaklı disiplinler, örneğin tasarım teorisi veya operasyonel güç tarafından üstlenilir .

Teknik mekaniğin nesneleri

• klasik mekanik yasaları ,
• fiziksel bedenler arasındaki mekanik ilişkilerin matematiksel modelleri,
• mekanik sistemlerin özel ve rasyonel hesaplamalı analiz yöntemleri.

Klasik bölünme gerçekleşir

• Statik , sabit (hareketsiz) organları üzerinde kuvveti ile (esas olarak tek boyutlu çubuklar) ile,
• mukavemet teorisinin deforme olabilir gövdelere (ya da esas olarak çapraz kesitleri) entegre ve malzeme ve çapraz kesit özellikleri ile ilgilidir,
• hareketli cisimlerle ilgilenen iki alt alan kinetik ve kinematik ile dinamik .

Olarak fizik , diğer yandan, mekanik statik ve kinetik vardır içeren kinematik ve dinamiği, ayrılmıştır.

In teorik mekaniği (ayrıca Analitik Mekanik denir) o buna karşı meselesi gider aksiyomlar gibi Newton yasaları tutarlı matematiksel teori geliştirmeye başlayan. Teknik mekanikte ise, makinelerin veya yapıların hesaplanması için gerekli bilgiyi sağlayan metodik bir yapı seçilir.

Teknik mekaniğin alt alanları

Teknik mekaniğin sınıflandırılması her yerde aynı değildir. Genel olarak, aşağıdaki alanlar teknik mekaniğin alt alanları olarak kabul edilir.

Statik

Statik sabit katı mekaniği. Kuvvetler üzerlerine etki ettiğinde deforme olmayan katı cisimlerin statiğini içerir . Duran bir cisme etki eden tüm kuvvetler dengededir. Bu koşulla, bilinmeyen kuvvetler için denklemler, bir dizi bilinen kuvvetten kurulabilir. Örneğin bir köprü durumunda, kendi ağırlığından kaynaklanan ağırlık kuvvetleri yapısal toleranslara kadar bilinir, diğer yükler varsayılır veya hesaplanır ve mesnetlerdeki (köprü ayakları) kuvvetler bunlarla hesaplanabilir. Statik hesabın temel amacı, tasarımı yapılacak bileşenlerde oluşan kuvvetleri hesaplamak ; bir köprü durumunda, örneğin anayol döşemesinde. Statik en önemli bir organdır kiriş , genişliği ve yüksekliği çok daha büyük olan uzunlukta olan. Deforme olabilen cisimler yapı mühendisliği yardımıyla hesaplanabilir. Hem mukavemet teorisinde hem de dinamikte, statik ile belirlenen kuvvetlerin bilindiği varsayılır; bu nedenle bu alanlar statiğe dayalıdır.

kuvvet teorisi

Olarak prensipte, mukavemet teorisinin deforme olabilir gövdelere sahip fırsatlar, diğer bir deyişle ana parçalar deforme ama statik olarak, hareketsiz durmaktadır. Elastostatikte, bir cismin elastik olduğu varsayılır, bu, mukavemet teorisinde yaygın bir varsayımdır. Mukavemet teorisi ayrıca plastik ve viskoz malzeme davranışını da içerir . B. sürünürken . Malzemelerin mukavemeti , malzeme özelliklerini tanımlayabilmek için mukavemet ve rijitlik yasalarıyla da ilgilenir ve bu nedenle , diğer yandan malzemeler ve malzemeye özgü özellikleri ile ilgilenen malzeme teknolojisi ile yakından ilgilidir . Mekanik gerilim (kesit alanı başına kuvvet) ve uzama (toplam uzunluğa göre uzunluktaki değişim) terimleri büyük önem taşımaktadır . Hooke yasasını varsayarsak , sabit sıcaklıkta tek boyutlu durumda, gerinimler etkili mekanik gerilmelerle doğru orantılıdır. Mukavemet teorisinin önemli bir amacı, verilen kuvvetler ve malzemeler için bileşenlerin gerekli enine kesitlerinin hesaplanmasıdır. Oluşan gerilmelerin ve deformasyonların izin verilenlerden daha küçük olması sağlanmalıdır.

dinamikler

Dinamik, ivmelere ve dolayısıyla hareketlere yol açan hareketler ve zamanla değişen yüklerle ilgilenir. Dinlenme durumu da hareketin özel bir durumudur; Ancak, bu zaten statikte ayrıntılı olarak ele alındığından, teknik mekaniğin bu alanında hareket süreçleri sıfıra eşit olmayan hızlarla analiz edilir. Hareketinin önemli bir şekilde olan titreşimler , yapısal olarak dinamikleri ve titreşim teorisi . Teknik mekanikte dinamikler genellikle ikiye ayrılır:

• kinematik güçleri dikkate ancak vücudun hareketinin geometriyi tarif etmez,
• kinetik kinematik ek olarak hesap kuvvetleri ve momentleri dikkate alır.

Fizikte, kısmen de teknik mekanikte, dinamik (Yunanca kuvvet için), fiziğin kuvvetlerle ilgilenen ve onları statik (sıfıra eşit ivme) ve kinetik (sıfıra eşit olmayan ivme) olarak ayıran fiziğin bölümüdür.

Dinamik genellikle katı cisimlerle ilgilidir, ayrıca hidrodinamik ve aerodinamiği de içerir . Bu alanlar aynı zamanda yapısal dinamiklere dahildir, burada z. B. Yüksek binalar için bir su havzası ile veya verici direklerin rüzgar uyarısında bir titreşim sönümlemesi gerçekleştirilir.

Özel alanlar

Bunlara bazen "yüksek teknik mekanik" de denir.

• Stabilite teorisi : İkinci mertebe teorisine göre ( burkulma süreçleri gibi ) dinamik hareket stabilitesinin veya yüklü cisimlerin kırılmaya karşı stabilitesinin araştırılması .
• Rotor dinamiği ve makine dinamiği : Görevin, dönen tertibatları teknik olarak kontrol edilebilir bir dönme hareketine tabi tutmak olduğu, makinelerdeki dinamik kuvvetler ve hareket miktarları arasındaki etkileşimin araştırılması.
• Zemin mekaniği : Zeminlerin gerçek malzeme yasalarına yakın olan malzeme yasalarıyla süreklilikteki (örneğin yarım boşluklar) deformasyonları ve gerilmeleri tanımlar.
• Biyomekanik : Canlı yapıların mekanik incelenmesi .
• Viskoelastik Teori : Viskoelastik ortamın incelenmesiyle ilgilenen özel bir süreklilik mekaniği alanı.
• Temas mekaniği : Gövdelerin statik ve dinamik (yuvarlanma veya yuvarlanma) temasının araştırılması, özellikle temas bölgesindeki yüzey basıncı için modellerin oluşturulması.
• Salınım teorisi : Genel dinamiklerin bir parçası olarak da anlaşılır.
• Akışkanlar mekaniği
• esneklik teorisi
• yapısal mekanik
• Süreklilik mekaniği
• deneysel mekanik
• çatlak mekaniği
• sonlu eleman yöntemi
• kısmen Hidromekanik : Örneğin barajlar ve su temini, gemiler, su türbinleri veya pompalar.
• kısmen Aerodinamik : Örneğin yüksek binalarda, uçaklarda veya rüzgar türbinlerinde aerodinamik etkiler.

Esasen, teknik mekaniğinin alan gerilmeleri, deformasyonların, güçlü ve katı cisimlerin yanı sıra sertliklerine belirlenmesine daraltılabilir hareketlerin içinde katı organları . Bir hareketin önemli bir sınır durumu olan dinlenme pozisyonu, teknik mekanikte statik yardımıyla belirlenir. Diferansiyel denklemlerde kapalı bir matematiksel tanım için çabalayan klasik teknik mekaniğe ek olarak , sayısal yöntemlerin geliştirilmesi giderek daha önemli hale gelmektedir. Termodinamik (örneğin , motorlarda ve türbinlerde ısı taşıma veya çevrim süreçleri ) ve akışkanlar mekaniği (hidrolik, akışkanlar mekaniği) genellikle teknik mekaniğin bileşenleri olarak değil, mühendisliğin bağımsız alt alanları olarak kabul edilir.

Teknik mekaniğin diğer özel alt alanları konum hesaplamaları ve uyduların ve balistiklerin kontrolüdür .

Teknik mekaniğin tarihi

Çoğu insan, temel statik ve dinamik problemlerini, gerçek arka planın farkında olmadan kendi sezgileriyle çözebilir. Bu varsayımın çok tipik bir örneği olan kiriş statiği içinde kapasite biri sadece gözlem temelinde oldukça kesin bilgiler yapabilir kimin yük taşıma konusunda,.

Resmi olarak, teknik mekanik Arşimet tarafından zaten uygulanıyordu , ancak analitik olarak kullanılabilir bulgular yalnızca 17. yüzyılın ilk yarısından itibaren aktarıldı. O zamanın matematikçileri, mekaniğin tanımlayıcı yasalarından yeni bilgilerine ilham aldılar, aynı zamanda bir dizi yeni bilgi ve teknik mekaniğin matematiksel yasalarını keşfettiler. Takip eden yüzyıllarda, teorileri mühendisliğe dahil edildi ve uygulanabilir hale getirildi, ardından daha teorik anlayışlar geldi. Aynı zamanda, uygulayıcılar bir top güllesinin balistik uçuşunu hesapladılar ve diğer yandan, kalenin dış boyutlarının akıllıca bir seçimini yaparak bu güllenin kale duvarları üzerindeki etkisini en aza indirmeye çalıştılar.

Yunan Arşimet, mekanik problemleri derinlemesine inceleyen ilk matematikçiydi. Hidrostatik yasalarını bugün hala geçerli olduğu için keşfetti . Simon Stevin , kendi adını taşıyan Stevin düşünce deneyini kullanarak kuvvetlerin paralelkenarını tasarladı . Johannes Kepler , gezegenlerin ve ayların hareketlerini matematiksel araçlarla tanımladı. Bu süreçte keşfedilen Kepler yasaları , günümüzde hala yapay uyduların ve uzay sondalarının yörüngesini hesaplamak için kullanılmaktadır .

Erken modern çağda Galileo Galilei , ortaya çıkan teknik mekanik bilimini biçimsel bir matematiksel temele oturtmuş olma erdemine sahiptir . Discorsi'sinin ikinci günü esas olarak güç sorunlarının tartışılmasıyla ilgilidir . Mekanik gözlemlere dayalı sonsuz küçükler hesabının icadıyla bilim tarihini yazan Isaac Newton da aynı etkiyi yaptı . Christiaan Huygens , araştırmasının pratik sonuçlarını sarkaçlı saat ve daha kesin astronomi bilgisi şeklinde zaten sunmuştu . 18. yüzyılda Bernoulli ailesinin üyeleri, daha fazla teorik bilgi ile birlikte, bugün hala geçerli olan ve birçok teknik disiplinin temelini oluşturan teknik mekaniğin zeminini hazırlamıştır. Leonhard Euler burkulma , kiriş bükme ve modern türbinleri anlama teorilerini isimlendirdi . Aynı dönemde Charles Augustin de Coulomb , aynı zamanda icat edilen makinelerin nasıl çalıştığının daha iyi anlaşılmasını sağlayan sürtünme teorisinin temellerini oluşturdu . 19. yüzyılda, aynı zamanda pratik ihtiyaçlara daha uygun olan teknik mekanik, Karl Culmann , August Ritter , Giuseppe Cremona ve Carlo Alberto Castigliano tarafından geliştirildi . Güçlü bilgisayar makinelerinin yokluğunda, mekanik problemlere çözümleri esasen kesin geometrik çizimlere dayanıyordu . Teknik mekanik alanında 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başından itibaren bir diğer önemli isim , Mohr'un çemberi üzerine araştırmalar yapan ve Ludwig ile aynı zamanda Dresden Teknik Üniversitesi'nde ders veren Christian Otto Mohr'dur. Burmester , aynı isimli kalıpların mucidi .

Ayrıca 19. yüzyılda, üniversitelerde uygulanan ve pratik uygulamadan çok temel kavramların açıklığa kavuşturulmasına yönelik teorik mekanikten büyüyen bir mesafe gelişti (örneğin, kuvvet kavramı, temel olmadığı için eleştirildi (bkz . mekanik kuvvet kavramı ) ve mümkünse temel terimlerden çıkarılmalıdır). 20. yüzyılın başına kadar z değildi. B. Hans Lorenz ve August Föppl tarafından teorik mekaniğin sonuçları ve yöntemleri, titreşim teorisi ve vektörlerle temsil gibi teknik mekaniğe giderek daha fazla dahil edilmektedir . Bu tarihin bir mirası, bazı terimlerin farklı içeriklere sahip olması ( impuls teoremine bakınız ) veya zıt işaretlerle tanımlanması ( örneğin Coriolis ivmesi ) gerçeğinde de görülebilir .

20. yüzyılda ihtiyaçları için inşa edilmiştir havacılık ve uzay uçuşu , aerodinamik tarafından Nikolay Jegorowitsch Zhukovski'nin , Ludwig Prandtl ve Theodore von karman . Aynı zamanda John Argyris ve diğer matematikçiler sonlu elemanlar yöntemini geliştirdiler . 1930'larda gelişen bina inşaatı , Gaspar Kani veya Hardy Cross tarafından yayınlandığı gibi, statik hesaplama için yinelemeli yöntemler kullandı . Bu yöntemlerin tümü, sayısalları temel bir yaklaşım olarak kullanır .

Bahsedilen kişilerin birçoğu diğer alanlarda da (örneğin hidromekanik , optik, elektrik mühendisliği) büyük katkılarda bulunmuştur . Öte yandan, teknik mekanik, bütün bir matematiksel nesne sınıfına isim verdi: Tensörler , elastikiyet teorisi ile bağlantılı olarak tanıtılan stres tensörünün adını aldı .

Edebiyat

• István Szabó : Mühendislik Mekaniğine Giriş. Gözden geçirilmiş 8. baskı 1975, yeniden basım 2003 ISBN 3-540-44248-0 .
• István Szabó: Yüksek Teknik Mekanik. 5. baskı. Springer, Berlin 1985, ISBN 3-540-67653-8 (ilk 1956).
• RC Hibbeler: Teknik Mekanik 1 - Statik. 10., gözden geçirilmiş baskı Pearson Studium, Münih 2005, 8., gözden geçirilmiş baskı 1975, yeniden basım. 2003 ISBN 3-8273-7101-5 .
• RC Hibbeler: Teknik Mekanik 2 - Malzemelerin Mukavemeti . 5., gözden geçirilmiş ve genişletilmiş baskı Pearson Studium, Münih 2005, ISBN 3-8273-7134-1 .
• RC Hibbeler: Teknik Mekanik 3 - Dinamik. 10., gözden geçirilmiş ve genişletilmiş baskı Pearson Studium, Münih 2006, ISBN 3-8273-7135-X .
• Brüt / Hauger / Schröder / Duvar: Teknik Mekanik 1 - Statik. 11., düzenlenmiş baskı Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642138058 .
• Brüt / Hauger / Schröder / Duvar: Teknik Mekanik 2 - Elastostatik. 11., düzenlenmiş baskı Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642199837 .
• Brüt / Hauger / Schröder / Duvar: Teknik Mekanik 3 - Kinetik. 12., düzenlenmiş baskı Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3642295287 .
• Gross / Hauger / Wrigers: Teknik Mekanik 4 - Hidromekanik, Yüksek Mekaniğin Elemanları, Sayısal Yöntemler. 8. baskı Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642168277 .
• István Szabó: Mekanik ilkelerin tarihi ve ana uygulamaları. Birkhäuser Verlag, ISBN 3-7643-1735-3 .
• R. Mahnken: Teknik mekanik - statik ders kitabı. 1. baskı Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3-642-21710-4 .
• R. Mahnken: Teknik Mekanik - Dinamik Ders Kitabı. 2. baskı Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3-642-19837-3 .
• R. Mahnken: Teknik Mekanik - Elastostatik Ders Kitabı. 1. baskı Springer, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-44797-0 .
• Wriggers / Nackenhorst / Beuermann / Spiess / Löhnert: Teknik mekanik kompakt. 2. baskı, Teubner-Verlag, Stuttgart, 2006, ISBN 978-3-8351-0087-9 .
• Helga Dankert, Jürgen Dankert: Teknik mekanik, statik, mukavemet teorisi, kinematik / kinetik. 4. doğru. ve ek baskı, Teubner-Verlag, 2006, ISBN 3-8351-0006-8 .
• Herbert Balke : Teknik Mekaniğe Giriş . Springer-Vieweg, Berlin
  • Cilt 1: Statik . 3. baskı 2010, ISBN 978-3-642-10397-1 .
  • Cilt 2: Kinetik . 3. baskı 2011, ISBN 978-3-642-19743-7 .
  • Cilt 3: Malzemelerin Mukavemeti . 3. baskı 2014, ISBN 978-3-642-40980-6 .
• Heinz Parkus: Katı Cisimlerin Mekaniği. 2. baskı, Springer-Verlag, 2009, ISBN 978-3211807774 .

İnternet linkleri

• Alman Milli Kütüphanesi kataloğunda teknik mekanikle ilgili literatür
• ingilizce Katı mekanik hakkında Vikikitap
• Öğrenim - teknik mekanik: statik, dinamik, mukavemet teorisi

Bireysel kanıt

1. ↑ ^{a b c d e f g h} Hartmann: Teknik Mekanik. Wiley, 2015, s. 1.
2. ↑ Bruno Assmann: Teknik Mekanik - Cilt 1: Statik. Oldenbourg, 11. baskı, 1989, s. 13.
3. ↑ ^{a b} Ulrich Gabbert , Ingo Raecke: Endüstri mühendisleri için teknik mekanik. Hanser, 4. baskı, 2008, s. 5.
4. ↑ Peter Hagedorn: Teknik Mekanik - Cilt 1: Statik. Verlag Harry Deutsch, 1993, sayfa 3 f.
5. ↑ Hartmann: Teknik Mekanik. Wiley, 2015, s.XI, 1.
6. ↑ Horst Herr: Teknik mekanik - statik, dinamik, kuvvet teorisi. 2008, önsöz, s. 2.
7. ↑ Peter Hagedorn: Teknik Mekanik - Cilt 1: Statik. Verlag Harry Deutsch, 1993, önsöz.
8. ↑ Mahnken: Teknik Mekanik Ders Kitabı. dinamikler. Springer, 2. baskı, 2012, sayfa 3.
9. ^ Günther Holzmann, Heinz Meyer, Georg Schumpich: Teknik Mekanik. Statik. 12. baskı, s. 2.
10. ↑ Peter Hagedorn: Teknik Mekanik - Cilt 1: Statik. Verlag Harry Deutsch, 1993, s. 4.
11. ^ Rolf Mahnken: Teknik mekanik ders kitabı. Statik: Temel Bilgiler ve Uygulamalar. Springer Verlag, 2011, Google Kitaplar.
12. ↑ Herbert Mang , Günter Hofstetter: Kuvvet teorisi. Springer, Viyana, New York 2004, ISBN 3-211-21208-6 .
13. ↑ Horst Herr: Teknik mekanik - statik, dinamik, kuvvet teorisi. 2008, önsöz, s. 2-4.
14. ↑ Ulrich Gabbert , Ingo Raecke: Endüstri mühendisleri için teknik mekanik. Hanser, 4. baskı, 2008, s. 213.
15. ↑ ^{a b c d} Günter Holzmann, Heinz Meyer, Georg Schumpich: Teknik Mekanik. Statik. 12. baskı.
16. ^ HG Hahn: Teknik Mekanik. Hanser, 2. baskı, 1990, s. 1.
17. ↑ 100 yıllık Zeunerbau. ( Memento 31 Mayıs 2011'den itibaren de Internet Archive ). Otto Mohr'un resmi ve Mohr dairesinin temsili ile PDF.
18. ↑ Hans Lorenz: Teknik fizik ders kitabı . Oldenbourg, Münih 1902. ,  teknik mekaniğin tarihi üzerine bölüm
19. ^ Karl-Eugen Kurrer : İlk teknik ve bilimsel temel disiplinler: yapı mühendisliği ve teknik mekanik . İçinde: Yapı mühendisliği tarihi. Denge arayışı içinde . 2., büyük ölçüde genişletilmiş baskı. Ernst & Sohn , Berlin 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 , s. 144–197.