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Architektur (Subject) / Materialkunde TU Wien (Lesson)

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• Was ist Masse und wie ist seine Einheit? Die Masse eines Körpers hängt vom Material und seinem Volumen ab. Die Einheit ist kg Masse = Kraft / Beschleunigung F=m.a [kg.m/s²]
• Was ist unter Legierung zu verstehen? ein Metall, das durch das Verschmelzen von zwei oder mehreren Metallen entstanden ist
• Was ist Gewicht und was ist seine Einheit? Gewicht = Masse (kg) x Erdbebeschleunigung (10m/s2=10 Newton) G=m*g [kg.m/s²] Gewichtskraft die ein Körper auf der Erde durch die Erdanziehungskraft ausübt (Masse multipliziert mit der Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²)
• Ab welcher Temperatur schmilzt Glas? Ab 600 Grad
• Was ist Spannung und was ist seine Einheit? Spannung ist Kraft pro Fläche auf die diese einwirkt. Einheit ist N/mm2
• Erklären Sie mit Formeln die Begriffe Schüttdichte, Rohdichte und Reindichte eines mineralischen Baustoffes. Dichte: p = m / V [kg/m³] m... Masse, V...Volumen Reindichte: p0 = m / V0 V0... Volumen des Werkstoff ohne Hohlräume Rohdichte: pr = m / (V0 + Vp) Vp... Porenvolumen (Luftporen, Kapillarporen) Schüttdichte: ps = m / (V0 + Vp + Vz) Vz... Zwischenraumvolumen, einschließlich Zwickel
• Wie errechnet man die Druckspannung bzw Zugspannung? Druckspannung = Kraft/Fläche Kraft =Masse (kg) x Beschleunigung (10N oder 1KN)
• Erklären Sie die Durchführung eines Druckversuchs. Der Probekörper, Würfel, Prisma oder Zylinder wird in einer Druckprüfmaschine mit steifen, planparallellen Druckplatten eingespannt. Der Druck wird kontinuierlich gesteigert bis die Probe versagt, dann haben wir eine maximale Druckkraft. Max Spannung s = max. Kraft /Querschnitt. Die Druckspannung ist jene Spannung bei der die Probe versagt wird die Spannung zur Druckfestigkeit. Bei Beton:Ein genormter Betonwürfel (a=15 cm ) oder Zylinder(h= 30 wird in eine Prüfmaschine eingelegt. Die Kraft in der Prüfmaschine wird langsam gesteigert. Wenn die Probe bricht wird die Spannung zur Druckfestigkeit. Die Druckfestigkeit ist jene Spannung bei der die Probe versagt.
• Erklären Sie die Durchführung eines Zugversuchs. Die Versuchsprobe wird einer stetig zunehmenden Zugbeanspruchung F bis zum Versagen unterworfen. Gleichzeitig werden dabei an der Probe beobachtete Verformungen bzw. Dehnungen gemessen, die dann in das Spannungs-Dehnungsdiagramm eingetragen werden (Spannung = Kraft/Ausgangsquerschnitt)
• Erklären Sie die Durchführung eines Biegeversuchs. Der Biegeversuch wird als 3 oder 4 Punktversuch durchgeführt. Der Probekörper wird auf 2 Stützen aufgelegt. Die Kraft wird mittig auf den Probekörper aufgebracht, bis ein Bruch eintritt. Bei Baustoffen, wo die Zugfestigkeit, höer als die Druckfestigkeit ist, tritt das Versagen in der Druckzone auf. Bei Baustoffen wo die Druckfestigkeit höher als die Zugfestigkeit ist, tritt das Versagen in der Zugzone auf. Randspannung= Moment/Widerstandsmoment des Trägers W=b x h2/6
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• Was ist Dichte? Dichte = Masse des Körpers / Volumen des Körpersp = m/V [kg/m³] Die Dichte gibt an wie viel Masse in der jeweils gewählten Volumeneinheit enthalten ist. Je mehr Masse enthalten ist, desto dichter ist der Stoff
• Berechne die Rohdichte von Beton? Betonwürfel 15cmMasse des Würfels 7,5kg Rohdichte(kg/m3) = Gewicht (kg) / Volumen des Würfels (m3) 2.222 kg/m3
• Erklären Sie den Begriff Rohdichte (Formel zur Berechnung) Was bedeutet 10% Porengehalt? pr = Masse (kg)/Vo+Vp (m3) 10% Porengehalt bedeutet, dass 90% Masse im Volumen enthalten sind. Je mehr masse im Volumen enthalten ist, desto dichter ist der Stoff
• Was sind die Reindichten von Holz, Beton und Stahl? Holz 400-900 kg/m3 Beton 2000 - 2600 kg/m3 Stahl 7850 kg/m3
• Fluide werden in newtonsche und nicht newtonsche Fluide eingeteilt, abhängig davon wie die Schubspannung und die Schwergeschwindigkeit miteinander zusammenhängen. Wie ist bei diesen beiden Flüssigkeitsarten die Abhängigkeit der dynamischen Viskosität von der Schwergeschwindigkeit (Prüfung 2013) Je schneller man eine Flüssigkeit umrührt, desto höher ist die Schwergewchwindigkeit. Je mehr Kraft man für das Umrühren aufwenden muss, desto höher ist die Schubspannung. Die Viskosität des Fluids ist dann definiert als der Quotient von Schubspannung durch Schwergeschwindigkeit. Ist in einem Fluid die Viskosität unabhängig von der Schwergeschwinidgkeit, d.h. ist die Schubspannung direkt proportional zur Schwergeschwindigkeit, so sagt man , dass ein Newtonsches Fluide vorliegt. . In allen anderen Fällen nennt man das Fluid ein nichtnewtonsches Fluid.
• Was versteht man unter Baustoffen (insbesondere Metalle) unter dem Begriff Zähigkeit? Zähigkeit (Duktilität) Werkstoffe bei denen vor dem Bruch große plastischeVerformungen auftreten. Bei: Wärme. Werkstoffe: Polymere
• Wird ein Material auf Zug belastet verändert es die Länge, aber auch die Breite. Mit welcher Zahl wird dieses Materialverhalten beschrieben? Mit der Poissonschen Zahl
• Erläutern Sie die Begriffe Spannung und Festigkeit, und die möglichen Formen der Spannung in einem Bauteil. Erläutern Sie die Spannungen auch grafisch. Die Festigkeit eines Werkstoffes, die von der Art der Beanspruchung (Zug, Druck) undderen Dauer und Art der Einwirkung abhängt, ist die vom Stoff größte ertragbare Beanspruchung (=Spannung = querschnittsbezogene Kraft deren Summe dieGesamtfläche der Zugkraft definiert;).Festigkeit = Widerstand des Werkstoffes, den dieser einer definierten Beanspruchung bzw. einer Trennung oder mechan. Zerstörung entgegensetzt. Beanspruchungen:1. statische (einwirkenden Lasten zeitl. konstant, wirkt ständig, langsam aufgebracht),2. dynamische (Lasten zeitl. veränderlich, z.B. Erdbeben),3. kombinierte (Überlagerung von mehreren Einwirkungen, z.B. Druck- und Reibbelastung       Verschleiß).
• Was verstehen Sie unter dem Hookschen Gesetzt? Das hookesche Gesetz beschreibt die elastische Verformung von Festkörpern, wenn deren Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist (linearelastisches Verhalten). E-Modul = Spannung (Nmm2)/Dehnung (%)Dehnung=Längenänderung/Ausgangslänge
• Nennen Sie das Elastizitätsmodul von Holz, Beton, Stahl und Fensterglas Holz 10.000 II und 300 =  (parallel und quer zur Faser)Bton 30.000Stahl 210.000Fensterglas 70.000in N/mm2
• Wie verändern sich die Festigkeiten bzw. EModul bei Holz mit der Rohdichte? (Diagramm) Je größer die Rohdichte (350 -500 kg/m3) eines Holzes desto . . .- größer das E-Modul (10.000 - 15.000 N/mm2)- höher die Druckfestigkeit (35 -50 N/mm2)- höher die Biegefestigkeit (60 -90 N/m2)- höher die Zugfestigkeit ( 65 - 90) Fichte parallel zur Faser
• Wie verändern sich die Festigkeiten bei Holz mit der Holzfeuchte? (Diagramm) Die Druck,- Zug und Biegefestigkeit nimmt mit ansteigender Feuchtigkeit ab.Wenn die Fasersättigung erreicht ist bei 25-30% bleibt die Festigkeit konstant
• Die Arbeitslinie eines Materials kann mit einem Gesetzt beschrieben werden, mit welchem und wie lautet es? Geben Sie für die darin enthaltenen Materialgrößen Werte für die verschiedenen Baustoffe an? "Das hookesche Gesetz" beschreibt die elastische Verformung von Festkörpern,wenn deren Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist (linearelastischesVerhalten).E-Modul in N/mm2 = Spannung (Nmm2)/Dehnung (%)'Holz 10.000 II und 300 =Bton 30.000Stahl 210.000Fensterglas 70.000
• Nennen Sie größenordnungsmäßig die Zug- und Druckfestigkeiten, die E-Module und die Rohdichten folgender Baustoffe (inkl. Einheiten): Beton, Stahl, Holz, Glas.                           Zugfestigkeit - Druckfestigkeit - E-Modul - RohdichteBeton          1-15 N/mm² - 8-150 N/mm² - 10-60 kN/mm²Druck - Ca. 2,3 kg/dm³Stahl     200-2000 N/mm² - 200-2000 N/mm² - 210 kN/mm²Zug - Ca. 7,85 kg/dm³ = ReindichteHolz       80-90 N/mm² - II: 40-50 N/mm² ⊥ : 6 N/mm² - 10-12 kN/mm²- 0,4-0,9 kg/dm³Glas (Plexiglas) 40-120 N/mm²- 50-150 N/mm²- 3-4 kN/mm² Zug - 1,20 g/cm³
• Wie ist die Formel für Zugfestigkeit? Mit welchem Begriff ist es gleich zu setzen? Zugfestigkeit = BruchspannungFestigkeit (N/mm2)=Kraft (N)/Fläche (mm2)
• Beispiel: Wieviel Kraft muss auf eine Stahlstab mit dem Durchmesser von 12mm einwirken, wenn er eine Voraussichtliche Festigkeit von 550N/mm2 besitzt? Festigkeit=Kraft/Fläche550= Kraft/62*π=62.204N= 62kN
• Nennen Sie die Zugfestigkeit von Holz, Beton, Betonstahl und Fensterglas Holz 90 N/mm2Beton 2-3 N/mm2Betonstahl 450 -600 N/mm2Fensterglas 30-90 N/mm2
• Wie sind die Druckfestigkeiten folgender Werkstoffe: Holz, Beton, Betonstahl und Fensterglas? Holz 50/6 N/mm2Beton 150 N/mm2Betonstahl 550 N/mm2Fensterglas 900 N/mm2
• Wie groß ist die Reindichte eines Materials, wenn das Probestück ein Volumen von 1dm3 hat und eine Masse von 1,6kg und einen Proenanteil von 10%? Dichte = Masse des Körpers / Volumen des Körpersp = m/V [kg/m³]1,6 kg = 1.600g 10%=160gReine Masse= 1.600 - 160 = 1.440g/dm3mal 1.000 für Kubikmeter = 1.440 kg/m3
• Zeichnen Sie die Spannungs- Dehnungslinie eines kaltverfestigen Stahls und geben Sie alle wesentlichen Punkte bzw.Bereich an. siehe Arbeitslinie Stahl.png.  Abb. 4.1.1.b
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• Zur Bestimmung der Festigkeit werden die Bruchspannung der Materialien ermittelt. Welche Festigkeit verwendet man bei Holz bei der normenmäßigen Bezeichnung und wie wird die Bruchspannung ermittelt (Formel) zum Beispiel C14 oder D18C… für NadelholzD… für Laubholz14 bzw 18 für die Biegefestigkeit des Holzes in N/mm2 bei 20 Grad und 65% LuftfeuchtigkeitBiegespannung =Moment/Widerstand
• Die Beschreibung des Widerstandes eines Baustoffes gegen eine einwirkende Kraft wird mit Festigkeit beschrieben. Welche Art der Festigkeit gibt es und wie werden sie berechnet (Skizze und Formel)? 1. Zugfestigkeit = F/A (Kraft/ausgangs Querschnittsfläche)2. Druckfestigkeit = F/A3. Biegefestigkeit=M/W (Moment/Widerstand)Einheit N/mm2
• In welcher Größenordnung liegen die Werte für die Dichte, die Druckfestigkeit und die Zugfestigkeit von Glas? Dichte: 2500 kg/m3Druckfestigkeit: 900N/mm2Zugfestigkeit: 30-90 K/mm2
• In welcher Größenordnung muss die Dichte von Blähbehotn liegen? 300 - 700kg/m3
• Wie groß sind der Elastizitätsmodul und die Wärmeleitzahl von Beton? E-Modul: 30.000 N/mm2 Wärmeleitzahl 2,04
• Berechnen Sie die Querdehnung eines rundenStahlstabes (l=1000mm, d=10mm) bei einer Längsdehnung von 2% Poisson´sche Zahl μ für Stahl: 0,3 Beton 0,16Poisson´sche Zahl = Querdehnung/LängsdehnungQ/20=0,3Q=6mm
• Erläutern Sie Kriechen und Relaxation anhand von Diagrammen. KriechenWenn eine wirkende Kraft zurück genommen wird, gehen die Verformungen, die diese Kraft bewirkt hat, fast wieder in die Ausgangslage zurück. Ein kleine Verformung bleibt.RelaxationEin Material gibt, über die Zeit, ohne Krafteinwirkung nach. D.h. es verformt sich. Merke:Kriechen: Spannung = konstant Verformung = zeitabhängigRelaxation: Spannung = Zeitabhängig Verformung = konstant Kriechen.jpg  Relaxation.jpg
• Wird ein Material auf Zug belastet verändert es die Länge aber auch die Breite. Mit welcher Zahl wird dieses Materialverhalten beschrieben? εq/ε=μQuerdehnung /Längsdehnung = Poissonsche Zahl
• Die Beschreibung des Widerstandes eines Baustoffes gegen eine einwirkende Kraft wird mit Festigkeit beschrieben. Welche Art der Festigkeit gibt es und wie werden sie berechnet (Skizze zbd Formel)? Kurzzeitfestigkeiten- Zugfestigkeit ßZ=F/A (Kraft/Fläche)- Druckfestigkeit ßD=F/A (Kraft/Fläche)- Biegefestigkeit σ=M/W (Moment/Widerstand)- Elastizitätsmodul E=σ/ ε (Spannung /Dehnung)Langzeitfestigkeiten- Dauerstandfestigkeit- Dauerschwingfestigkeit σD=σm+/-σa
• Erklären Sie die Begriffe Druckspannung und Biegespannung. Druckspannungen ergeben sich, wenn eine Kraft auf einen Körper aufgebracht wird. Druckfestigkeit= Kraft F/Ausgangsquerschnitt. Die Schlankheit des Probekörpers spielt auch eine Rolle. Biegespannungen ergeben sich wenn sich ein Bauteil durchbiegt. Biegespannungen sind aus Druck und Zugspannungen zusammengesetzt. Biegespannung = maximales Moment / Widerstandsmoment des TrägerssB = M/W
• Was ist Kraft? Kraft ist Masse x BeschleunigungErdbeschleunigung ist a=g=10m/s2Richtungsgerichtete (Vektor-)Größe –> F=m*a [N] – 1N = die Kraft dieerforderlich ist, um die Masse von 1kg um 1 m/s² zu beschleunigen.
• Was versteht man unter Baustoffen (insbesondere Metalle) unter dem Begriff Sprödigkeit? SprödigkeitWerkstoffe bei denen bei einer Belastung der Bruch plötzlich eintritt und nicht durch große Verformungen unmittelbar vor dem Bruch angekündigt wird. Die beim Bruch verbrauchte Energie ist gering bzw. der Bruch verläuft in der Regel verformungsarm. Bei Kälte, tiefe Temperaturen (z.b. ferristische Stähle).Werkstoffe: Gläser
• Welche Arten des Wärmetransports werden unterschieden? Beschreiben Sie diese? Wärmeübertragung durch:KonvektionDies ist die Mitführung von Wärme durch die Teilchenströme in Gasen und FlüssigkeitenWärmestrahlung (Radiation)Übertragung von Wärme durch Strahlung, ausgehend von den Oberflächen fester Körper. (nicht Stoffgebunden)Wärmeleitung (Konduktion)Unmittelbarer Wärmetausch benachbarter Teilchen in festen und gasförmigen Körpern
• Schwarze Flächen absorbieren elektromagnetische Strahlung (nehmen daher mehr Energie auf), währen weiße Flächen diese großteils reflektieren. Man verwendet dazu das Gesetzt zur Übertragung der Wärmesterahlung. Wie lautet dieses? Stephan Bolzmann Gesetzt
• Welchen Einfluss haben Rohdichte und Feuchtigkeit auf die Wärmedämmung von Baustoffen? Kl. Rohdichte -> gr. Porosität kl. Λ Wärmestromdichte -> schlechte Wärmeleitung -> gute DämmungGr. Rohdichte -> kl. Porosität kl. Λ -> gute Wärmeleitung -> schlechte DämmungZunehmender Feuchtegehalt -> λ wird größer -> Wärmedurchlasswiderstand nimmt ab -> schlechte Dämmung
• Wie groß ist die Dichte bzw. die Wärmeleitzahl von Normalbeton, Bauholz und einer Mineralfaserdämmplatte? Mineralfaserdämmplatte:Dichte:150 kg/m3Wärmleitzahl: 0,04
• Ordnen Sie die Materialien nach der Größe (von klein nach groß) der spezifischen Wärmekapazität: Stahl, Normalbeton, Holz Sie bemisst die Fähigkeit eines Stoffes, thermische Energie zu speichern.1.Stahl 0,47 kJ/kg K2. Beton 0,88 kJ/kgK3. Holz 1,7 kJ/kgKBei Stahl brauche ich weniger Energie als bei Holz deswegen ist derWert kleinerDie spezifische Wärmekapazität ist diejenige Wärmemenge, die ein Körper mitder Masse 1kg bei einer Erwärmung um 1K aufnimmt.
• Man unterscheidet die Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Wie hängen diese zwei Werte zusammen? Die Wärmeleitfähigkeit, auch Wärmeleitzahl eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit, ist sein Vermögen thermische Energie in Form von Wärme zu transportieren. Die (spezifische)Wärmeleitfähigkeit wird in Watt je Kelvin und Meter angegeben und ist eine temperaturabhängige Materialkonstante.Die Wärmeleitfähigkeit ist dabei von der Temperaturleitfähigkeit zu unterscheiden die angibt mitwelcher Geschwindigkeit sich eine Temperaturveränderung durch einen Stoff ausbreitet.
• Was versteht man unter der spezifischen Wärmekapazität? Die spezifische Wärmekapazität (Stoffwärme) cp ist diejenige Wärmemenge, dieein Körper mit der Masse 1kg bei einer Erwärmung um 1K aufnimmtcp= Wärmemenge/Masse x Temperaturerhöhungdiese Energie muss ich aufgewendet werden um das Material um 1 Grad zu erwärmen
• Welchen Einfluss haben Rohdichte und Feuchtigkeit auf die Wärmedämmung von Baustoffen? Rohdichte:Baustoffe mit niedriger Rohdichte weisen kleinere Wärmeleitzahlen auf als die"schweren" Stoffe. Metalle sind im allgemeinen sehr gute Wärmeleiter.,geschäumte Polymere und Faserstoffe weisen die niedrigsten Wärmleitfähigkeiten auf.Feuchtigkeit:Da Wasser eine hohe Wärmeleitzahl von 0,56 W/mK hat, verliert Dämmstoff, dernormalerweise eine Wärmeleitzahl von 0,04 W/mK hat seine Wirkung

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