Frage von acc456, 38

Wozu brauche ich den Energieerhaltungssatz und Stoßversuche in der Praxis ( Ingenieurwesen) ?

Antwort
von Bellefraise, 28

der EES ist ein Fundamentalsatz in der Physik, Chemie und im Ingenieruwesen. Ohne diesen geht fast nix! Brauchst du also immer, ob in der Strömungsmechanik, der Punktmechanik oder der Verfahrenstechnik usw usw

Welche Stoßversuche meinst du? Crash tests?

Kommentar von acc456 ,

Danke auch dir! hättest du vielleicht eon konkretes Beispiel? Wir haben den Luftkissenbahnversuch gemacht, also nicht ganz den Crash test

Kommentar von Bellefraise ,

Der EES gilt immer. Manchmal führt er jedoch nicht zum Ziel, weil ein Energieanteil nicht bekannt oder nur sehr aufwändig zu bestimmen ist.

Nehmen wir einen Crash-test:

Auto 1 mit v1 und m1 fährt auf Auto 2 mit v2 und m2 ... nach dem Crash haben beide Fahrzeuge die Geswch v-end

sagen wir: v2 = 0. dann gilt nach dem EES:

1/2 m1 v1^2 + 0 + E_verformung = 1/2(m1+ m2) v_end°2

Blöd ist dass man die Verformungsenegrie schlecht berechnen kann.

Hier hilft jedoch der Impulssatz für den unelstischen Stoß

Impulserhaltung: impuls vorher = impuls nachher

m1 * v1  + 0 = (m1 + m2) * v-end

Hier sind wir fein raus und kriegen v-end, gehen damit in den EES und kriegen E_verformung

Kommentar von acc456 ,

Sehr stark , ich danke! Mir wäre allerdings ein konkretes Praxisbezogenes Beispiel wichtig. ich soll darstellen, wofür man als Ingenieur diese ganze Theorie braucht, wie zum Beispiel zur Unfallrekonstruktion. bräuchte mehr Beispiele in die Richtung

Kommentar von Bellefraise ,

. was wir bisher angesprochen haben betrifft "integrale Vorgänge" - d.h. man schaut sich ein System "vorher" und "nachher" an. Oder, wenn es sich um stationäre Vorgänge handelt (z.B. einen Turbinenprozes) gelten auch die "schlichten" Energiegleichungen mit den Termen

Beispiel: Energien im Kontrollraum zwischen Eintrittsebene  und Austrittsebene eines Strömungsvorgangs :

Technische Arbeit, die dem Fluid zugeführt wird

Wärme, die dem Fluid zugeführt wird

Dissipierte Energie (Verluste, z.B. infolge von Reibung)

Kinetische Energie

Potentielle Energie

Enthalpie

Interessant wird es dann, wenn der ganze Laden instationär abläuft. Dann müssen alle Bilanzen in differentieller Form hingeschrieben werden und man erhält ein Paket von Differntialgleichungen. Diese können nicht analytisch gelöst werden, sondern müssen "simuliert" werden.... d.h. der gesamte Prozess wird in kleinen Zeitschritten durchgerechnet und zwar in folgender Weise:

    Wir starten von mit den Anfangsbedingungen (Start-Kösung)

*) daraus berechnen dir die Ableitungen

    diese werden mit einem Zeitschritt (dt) integriert und es gibt neue

    Lösungen. Mit diesen gehts dan wieder zu *)

usw, bis eine Abbruchbedingung erfüllt wird.

Ich simuliere nun in einfachster Art einen Stoß auf einenstehenden Pkw (alle Schwerpunke auf einer Linie), gerader Stoß.

Die Skizze schick ich dir in Form einer neuen Antwort mit Bild.

Bohrt man das Ganze auf und läßt z.B. einen schrägen Stoß zu, muss das Modell entsprechend erweitert werden.

Das "maximale" Modell erhält man durch eine Abbildung in 6 Freiheitsgraden (also 3 Rotationen und 3 Translationen).

Möchte man nun eine Unfallanalyse machen, muß man versuchen, die Simulation rückwärts aufzuziehen: Wir haben dann die Endpositionen der Fahrzeuge und eine Schadenbeurteilung. Nun braucht man Erfahrungswerte oder FE-Berechnungen zur Deformationsenergie und muss nun durch geeignete Simulationsstrategien versuchen, auf den Anfangszustand zu schließen.

Du hast nach Beipielen gefragt: Im Grunde ist das die gesamte Technik: Fahrzeugbau, Kraftwerksabau, Turbinen, Motore . . .

aber auch Kleinteile: denke z.B. an die Heckklappe eines Fahrzeugs:

Hier muss die Kinematik und Dämpfung so ausgelegt werden, dass die nach oben schwingende Klappe den Anschlag nicht zu sehr belastet

Antwort
von zalto, 27

Letztlich sind das elementare physikalische Kenntnisse, die man als Ingenieur (oder auch schon als normaler Bildungsbürger) einfach haben sollte. 

Sonst erzählt Dir einer den größten Unfug - und Du schenkst der Sache unnötig viel Beachtung, weil Du es nicht sofort als Unfug einordnen kannst.

Oder Du konstruierst etwas wochenlang, stellst es voller Stolz vor - und ein anderer widerlegt Dich in 2 Minuten, indem er zeigt, dass Energie- oder Impulserhaltung verletzt wurden.

Kommentar von acc456 ,

Habe die Frage nicht richtig formuliert, Ihr habt natürlich Recht, nur brauche ich am besten Beispiele für eine Präsentation

Antwort
von Bellefraise, 10

wie angekündigt, hier ein bild

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