Diskussion:Schergesetz

Dieser Artikel wurde ab Februar 2010 in der Qualitätssicherung Physik unter dem Titel „Schergesetz“ diskutiert. Die Diskussion kann im Archiv nachgelesen werden.

Wenn es mehrere Schergesetze gibt, so sollten sie auch aufgeführt werden

weshalb nimmt der einstellende User den Text nicht erst einmal in seinen Benutzernamensraum zurück, bevor QS oder was auch immer eingefordert wird?--BKSlink 14:05, 19. Jan. 2010 (CET)

ich möchte das langsam aufbauen und den usern dabei die Möglichkeit geben ab den ersten Schritten auch ihre Vorschläge zur besseren Darstellung geben. Einen ganzen Artikel auf einmal hineingeben halte ich nicht richtig, da dies dann zuviel auf einmal ist und eine Korrektur um so schwerer erscheint. Gruß --Bertbau 14:19, 19. Jan. 2010 (CET)

wenn Du ihn ungestört ausbauen möchtest, so ist mein obiger Tipp angebracht. --BKSlink 15:21, 19. Jan. 2010 (CET)

bin vorerst schon mal fertig, die weiteren Sachen muss ich erst vorbereiten (Zeichnungen etc.) Gruß --Bertbau 15:26, 19. Jan. 2010 (CET)

sorry, aber jetzt setzt Du Dich der Gefahr aus, dass andere User irgendetwas verändern oder die bereits oben erwähnte Unvollständigkeit ansprechen. Schiebe den Text auf Benutzer:Bertbau/Schergesetz und arbeite in Ruhe daran. Wenn es dann aus Deiner Sicht eine runde Sache ist, verschiebst Du es in den WP:Artikelnamensraum. Gruß nach Innsbruck --BKSlink

die Sache ist normalerweise für Wikipedia-Tiefe abgeschlossen. Was ich noch machen will geht eigentlich darüber hinaus und soll für Insider eine zusätzliche Erklärung für notwendige Betrachtungen sein. - nicht ganz Innsbruck aber schon die richtige Gegend. Gruß --Bertbau 15:39, 19. Jan. 2010 (CET)

Abbildungen

Schergesetz von Coulomb. Bei Scherspannungen oberhalb der blauen Linie kommt es zu bleibenden Verformungen.

Mohr-coulombsches Bruchkriterium

@JoKalliauer: Hallo Jo, ich finde es unglücklich, dass du die einfachen Abbildungen (siehe rechts) herausgenommen hast, die auch Laien vielleicht noch verstehen, und sie durch zwei komplexe, wohl nur studierten Fachleuten verständliche Abbildungen ersetzt hast, die sich zudem sehr ähneln.

Leider ist das oft so, wenn Fachleute Artikel aus ihrem Fachgebiet schreiben. Wikipedia soll immer noch auch "verständlich" sein. Selbst ich als (relativer) Fachmann verstehe nicht auf Anhieb, wie diese komplexen Abbildungen das Schergesetz versinnbildlichen. Auch mein Professor an der Uni hat es mit der einfachen Bruchgerade erklärt. (siehe rechts) Die Gleichung Tau=c+Sigma*tan phi ist ja nichts anderes als eine Geradengleichung, und genau diese Gerade sollte - ohne sonstiges Beiwerk - in einer nicht überladenen Abbildung erkennbar sein. Ich rate zu mehr Rücksicht auf den Leser und dazu, wenigstens eine der alten Abbildungen (siehe rechts) wieder einzufügen.--ProfessorX (Diskussion) 19:34, 13. Feb. 2017 (CET)

Hallo @ProfessorX:, Ja zugeben unglücklich ist sogar etwas nett formuliert, ich werd' mich noch darum kümmern, was vermutlich zu einer Erweiterung des Artikels führt.

Um meinen (zugegebenermaßen etwas dürftigen) Hintergrund zu erklären:

1. σ>0 bedeutet in der Festigkeitslehre, als auch bei den Mohr'schen Spannungskreisen, dass Zug vorliegt. Der Grundbau sieht das gerne etwas anders, verwendet das die Mohr'schen Spannungskreise im gleiche Diagramm und nennt -σ einfach σ, was ich als falsch erachte bzw. was zu Verwirrung führt (siehe D:Mohrscher_Spannungskreis).
   Wenn man den Betrag einer Druckspannung auf der positiven Abszisse einträgt gehört das auch sauber eingeführt.
2. Was das WB in der ersten Zeichnung bedeutet konnte ich selbst als studierter Fachmann nicht verstehen.
3. Die Einzeichnung des Winkel ist insbesondere in der ersten Grafik schwer ersichtlich.
4. Das Wort "Bruchgerade" finde ich konzeptionell falsch (bezüglich Falschheit von Informationen sind die Wikipedia-Regeln sehr streng und lässt hier eigentlich keinen Spielraum), weil ein Festigkeitskriterium nichts aussagt, was nach überschreiten passiert.
   Es gibt folgende Festigkeitskriterien:
   • Es kann die Grenze des (linear) elastischen Bereiches sein (Elastizitätsgrenze).
   • Es kann die Grenze sein, bei der das Material zu fließen beginnt. (Fließgrenze, Fließkriterium)
   • Es kann die Grenze sein, bei der rissmechanische Verzerrungen (im Grundbau: Kornumlagerungen) auftreten.
   • Es kann die Grenze sein, bei der die Maximale Belastung auftritt.
   • Es kann die Grenze sein, bei der das Material versagt (oftmals erst nach Lastabfall). (Bruchkriterium)
   • ... (Es gibt noch ausgefallenere wie wo die Fließplateaugrenzen sind, oder wann viskose Verformungen (z.B. Kriechen (Werkstoffe) auftreten.)
5. In Abbildung 2 wird die Hauptspannung σ_Ⅰ gleich σ₃ genannt und σ_Ⅲ gleich σ_d genannt. Ich hab keine Ahnung woher die Begriffe kommen, aber wenn man das auf Grundbau übertragen wollen würde, würde ich die große Druckspannung σ_z bezeichnen (da in z-Richtung) und die betragsmäßig kleinere Druckspannung würde ich σ_h (für horizontal) bezeichnen.

Beachte, dass das Ändern der Bilder nicht alleinig der Grund für meine beiden Editierungen war.

Ich habe die Sichtung meiner letzten beiden Editierungen vorläufig zurückgezogen, damit bis ich den Fehler ausgebessert habe, die alte Version sichtbar ist.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 20:12, 14. Feb. 2017 (CET)

Jetzt mit der neuen Abbildung ist es schon besser, aber immer noch recht kompliziert. Ja, Tau kann positiv oder negativ sein, aber die zweite Gerade in der unteren Bildhälfte ist nicht wirklich nötig, um das Schergesetz zu erklären. Und ja, auch die beiden einfachen Abbildungen enthalten Unkorrektheiten und Unklarheiten. Das Optimum ist noch nicht gefunden. In der Bildunterschrift würde ich ergänzen: "Bei Scherspannungen oberhalb der blauen Linie kommt es zu bleibenden Verformungen oder zum Bruch.--ProfessorX (Diskussion) 21:34, 14. Feb. 2017 (CET)

Der Begriff „Bruchgerade“ ist nicht falsch. Der durchaus bekannte und renommierte Walter Wittke z. B. verwendet ihn in seinem Buch „Felsmechanik“ von 1984 (das eine Fundgrube eines Großteils meiner Weisheiten ist) im Kapitel über das Mohr-Coulomb’sche Bruchkriterium neben dem Ausdruck „Bruchzustand“. Dort findet man auch die Gleichungen, die wir jetzt haben, nebst einer Abbildung so wie ich sie mir vorstelle. Gleichwohl kann man auch „Schergerade“ sagen, weil der Bruch durch Abscheren geschieht.--ProfessorX (Diskussion) 22:38, 16. Feb. 2017 (CET)

Da bin ich froh, dass wir beide das gleich sehen.

»Der Begriff „Bruchgerade“ ist nicht falsch.« Darüber sind wir uns also schon einig. Ich bin aber auch der Meinung »Der Begriff „Bruchgerade“ ist nicht richtig.«, was ich bereits in der Aussage »Das Wort "Bruchgerade" finde ich konzeptionell falsch« kundgetan habe, was aber eben auch ausdrückt, dass es Ansichtssache ist.

Das „Mohr-Coulombsche Festigkeitskriterium“, ist ein Festigkeitskriterium und ein Festigkeitskriterium sagt nichts aus, was danach passiert.

In der Geotechnik (Felsmechanik, Grundbau), wird das „Mohr-Coulombsche Festigkeitskriterium“ als Versagenskriterium verwendet, weil es als Versagenskriterium die Realität in vielen Fällen gut wiedergibt. (Wobei hier zu beachten ist, das Versagen (insbesondere im Grundbau) oftmal nicht damit definiert wird dass keine Laststeigerung mehr möglich ist, sondern dass sehr große (bleibende) Verformungen auftreten oder das es ein (relevantes) lokales Maximum in der Spannungsfunktion hat.)

Ob es richtig oder falsch ist, ist eine philosophische Frage, die meines Erachtens nicht eindeutig beantwortet werden kann.

Um meinen Punkt etwas weniger technisch mit einem analogen Beispiel zu formulieren: Auch wenn das Wort „Geschlecht“ eingeführt wurde um zwischen Männlich und Weiblich zu entscheiden, und die zwei soeben genannten die einzigen (mMn) relevanten Geschlechter sind, sagt das Wort „Geschlecht“ (in der heutigen Interpretation vieler Genderforscher) nicht aus, dass es nur zwei Geschlechter gibt, auch wenn es so definiert und eingeführt wurde.

Das „Mohr-Coulombsche Festigkeitskriterium“ wird in der Geotechnik als Versagenskriterium verwendet, das heißt aber für mich nicht dass es ein Versagenskriterium ist.

Wenn man Bruch als den Zustand definiert wo keine Laststeigerung möglich ist (oder noch später der Zeitpunkt wo ein Kontinuum in zwei Teile getrennt ist), dann ist in der Anwendung in der Geotechnik die Gerade (bei der die Festigkeit des Festigkeitskriteriums erreicht ist) in fast allen Fällen eine Versagensgerade, aber oftmals keine Bruchgerade, weil im Grundbau das Versagen auch über Verformungen definiert wird (Ein Haus mit 3 Meter Setzung (Grundbruch) ist zwar noch stabil, aber wie sinnvoll das ist ist eine andere Frage.)

Ich verbinde Bruch stark mit Kontinuumsmechanik, (wo Teilchen von ihren Nachbarteilchen getrennt werden), jedoch ist der Untergrund im Grundbau nicht ein Festkörper. Und das Aufheben eines Sandkornes würde ich kaum Bruch nennen, auch wenn die Zugfestigkeit überschritten wurde.

Wenn man auf Seeton/Schlamm ein Wasserdichtes (in guter Näherung inkompressibles) Haus gründet, wir dieses „nie“ untergehen, es wird irgendwann bei (vernachlässigbarer Tragfähigkeit des Untergrundes) wie bei einer Flüssigkeit der Auftrieb des verdrängenten Seetons gleich dem Gewichtes des Hauses entsprechen. Es ist (unter weiteren Setzung) weitere Laststeigerung möglich (sofern das Haus nicht schon vollkommen unter Seeton ist).

Also ist es einleuchtend, dass man bei Grundbruch Versagen (im Allgemeinen) nicht sinnvoll über das globale Spannungsmaximum definieren kann.

Das Wort Bruch gehört mit einer Quelle belegt.

Um wieder zum Artikel zurückzukehren:

Kannst du mir kurz aufskizzieren, wie du die Grafiken haben willst, dann zeichne ich sie so in Inkscape oder im Texteditor (source code).

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 23:30, 18. Feb. 2017 (CET)

Wie ich sehe, habe ich es mit einem Philosophen zu tun, der seine Worte abwägt. Im Wesentlichen sind wir uns offenbar einig. Wir sind uns wohl auch einig, dass das Schergesetz nur ein Modell und eine starke Vereinfachung der komplizierten Realität ist. Bei einem realen Material ist die Linie keine Gerade, sondern eher eine gekrümmte Linie, und auch die ist nicht eindeutig festgelegt, sondern resultiert aus einer großen Zahl von Materialversuchen, von denen jeder einen unterschiedlichen Mohr'schen Kreis liefert. Diese ergeben in der Summe keine genaue Linie, erst recht keine Gerade, weil jedes Material inhomogen und anisotrop ist, ein Bruchversagen manchmal zufällig eintritt und ein Bruchpunkt gar nicht genau definierbar ist. Ingenieure und Techniker brauchen aber einfache Modelle, mit denen sie rechnen können.
Wie soll also die Grafik aussehen? Wie die meisten Menschen bevorzuge ich das, was ich schon gut kenne, und das ist in diesem Fall eine Abbildung so ähnlich wie die zweite von oben und wie in der "Felsmechanik" 1984. Es kann andere Autoren geben, die das Schergesetz anders darstellen.

• die Zeichnung darf sehr einfach sein.
• die Hauptsache ist die Gerade mit den Bezeichnungen c und dem Winkel phi.
• ein Mohr'scher Spannungskreis sollte zu sehen sein.
• alle Bezeichnungen müssen mit den Gleichungen übereinstimmen und dort wiederzufinden sein.
• die Gerade kann (muss aber nicht) im Zugbereich (links) bis zur Nulllinie verlängert werden. Was im Zugbereich geschieht, ist schon zweitrangig.
• eine Spiegelung der Geraden unter die Nulllinie (für negative Tau) brauchen wir zunächst nicht.
• es muss zum Ausdruck kommen: unter der Geraden = kein Versagen/Bruch und oberhalb = Versagen oder Bruch
• die Druckfestigkeit Sigma d (siehe die zusätzlichen abgeleiteten Gleichungen) sollte evtl. rechts bei der größten Hauptspannung Sigma 1 zu finden sein. Aber das ist auch zweitrangig.

Was es für Versagensformen und andere Festigkeitskriterien/Bruchkriterien gibt, kann gern weiter unten oder an anderer Stelle beschrieben werden. --ProfessorX (Diskussion) 20:09, 20. Feb. 2017 (CET)

„weil jedes Material inhomogen und anisotrop ist, ein Bruchversagen manchmal zufällig eintritt und ein Bruchpunkt gar nicht genau definierbar ist.“

– ProfessorX

Das Modell sagt nur etwas aus was passiert wenn die Materialparameter zutreffen, eine Aussage für andere Materialparameter sind nicht direkt ableitbar, insofern sind Inhomogenitäten als auch Anisotropie irrelevant, weil deren Wirkung sich im Modell nicht auf die Materialparameter auswirken dürfen (oder aufheben müssen).

Das Modell ist unter der Annahme, dass die Materialparameter zutreffen 100% exakt und hierbei liegt keinerlei Unschärfe vor, bzw. bei unstetigen Materialverhalten (z.B. Zertrennung) ist nicht nicht klar geregelt was passiert wenn man exakt auf der Grenzlinie liegt (aber das wird mit der Wahl des Ungleichheitszeichen definiert).

Das Model und die Realität sind zwei verschiedene Dinge. Dinge die in der Realität sind haben nicht mit dem Model zu tun.

Um zu verdeutlichen, dass ein Model nichts mit der Realität zu tun hat: Die Festigkeitslehre geht im Allgemeinen von der Existenz von Kontinua aus, jedoch wenn man in die Molekulardynamik geht wird man feststellen, das Material eigentlich Vakuum ist mit wenigen kleinen Punkten etwas existiert und wenn man dann in die Quantenmechanik geht, wird man feststellen, dass z.B. Elektronen mehr Wellencharakter als Teilchencharakter haben.

Wie sich Inhomogenitäten, Anisotropie, Messfehler,... auf Materialparameter auswirken ist mMn nicht Thema des Mohr-Coulombschen Gesetzes.

Wie eine statistische Verteilung der Input-Materialparameter auf die statistische Verteilung der Output-Festigkeit auswirkt ist mMn nach Thema der Mathematik (z.B: Fehlerfortpflanzungsgesetze, Statistik,...).

Bild

Datei:BWSGCoulomb.svg

Bild:Mohr-CoulombTheory.svg

„es muss zum Ausdruck kommen: unter der Geraden = kein Versagen/Bruch und oberhalb = Versagen oder Bruch“

– ProfessorX

Nein, so ist es mMn falsch.

Ein Festigkeitskriterium sagt nichts aus, was bei Überschreitung passiert, es kann z.B. Fließen bei Überschreiten des Schergesetzes eintreten.

Fließen sagt aus dass es irreversible Verformungen gibt

Versagen sagt aus, dass die Spannung nicht (aufgrund eines Kriteriums) nicht aufgenommen werden kann.

Da z.B. in der Fließgelenktheorie Fließen erwünscht ist, kann man Fließen mMn nicht als Versagen oder Versagensform definieren.

Fließkriterien sind je nach Baustoff oft wichtiger als Versagenskriterien, deshalb finde ich gehört das noch stärker eingebaut.

Ich würde beim Schergesetz nur das Mohr-Coulomb-Kriterium erklären, aber wenn du willst kannst du gerne andere Schergesetze einbauen.

Ich würde sogar fast in die Gegenrichtung gehen und den Artikel in Mohr-Coulomb-Festigkeitskriterium umbenennen.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 22:36, 21. Feb. 2017 (CET)

Du kannst die beiden Grafiken so nehmen. Sie sind soweit in Ordnung.
Aber du überbewertest das mit dem Festigkeitkriterium. So genau will das keiner wissen.
Nein, ich habe nicht vor, über Festigkeitskriterien, Bruchkriterien oder Versagensformen zu schreiben. Davon verstehen andere mehr.
Und dass ein Modell ganz darauf verzichten kann, mit der Wirklichkeit übereinzustimmen, glaube ich auch nicht. --ProfessorX (Diskussion) 22:22, 23. Feb. 2017 (CET)

Ich hab nicht gesagt, dass es jemand wissen will, ich sage dass eine Information die du drinnen haben willst (es muss zum Ausdruck kommen: unter der Geraden = kein Versagen/Bruch und oberhalb = Versagen oder Bruch), mMn nicht korrekt ist und würde ich deshalb nicht in den Artikel schreiben.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 23:50, 24. Feb. 2017 (CET)

Dann lass es mich anders formulieren. Ich bleibe nach reiflicher Überlegung dabei, dass unter der Bruchgeraden die erlaubte Zone ist und darüber die verbotene, egal wie man es formuliert. Ich glaube, dass genau das die Bruchtheorie nach Mohr/Coulomb aussagt, und darauf beruhen manche geotechnischen Nachweise. Wir müssen den etablierten Kenntnisstand darstellen, keine Theoriefindung. --ProfessorX (Diskussion) 07:52, 26. Feb. 2017 (CET)

- schließe mich dieser Meinung voll und ganz an! --Bertbau (Diskussion) 09:47, 26. Feb. 2017 (CET)

@ProfessorX: Bezüglich keine Theoriefindung, schließe ich mich voll und ganz an, ich sag ja schon die ganze Zeit, dass man nichts strittiges reinschreiben kann ohne es zu belegen, hier ein Zitat aus der Wikipedia:

„Die Pflicht, Informationen zu belegen, liegt bei dem, der sie im Artikel haben möchte, nicht bei dem, der sie in Frage stellt. In strittigen Fällen können unbelegte Inhalte von jedem Bearbeiter unter Hinweis auf diese Belegpflicht entfernt werden.“

– Wikipedia:Belege#Grunds.C3.A4tze

Ich würde mich darüber ausschweigen, wenn Du das Belegen kannst, kannst du es gerne hineinschreiben, wenn nicht dann nicht.

Man kann gerne hineinschreiben, dass es als Versagenskriterium verwendet/angewendet wird, da stimme ich auch voll zu, aber dass es ein Versagenskriterium ist müsste noch belegt werden. Ich finde erstere Aussage ausreichend für den Artikel, für zweitere Aussage müsste man eine mit einer zuverlässigen Quelle belegen/widerlegen.

@Bertbau: Nachdem ich den Fehler bei mir eingesehen habe, finde ich eine weitere Kritik, von etwas was ich selbst wieder herausgenommen als unhöflich, insbesondere dann wenn sie keinen (neuen) Inhalt mehr beiträgt.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 16:42, 4. Mär. 2017 (CET)

Vorzeichendefinition

Die derzeitige Darstellung ist sehr verwirrend, es passt die Grafik mit den angegebenen Formeln nicht überein. bei Sigma = 0 ergibt sich Tau = c bei sigma =-10 (Druck) ergibt sich Tau = c - 10 mal Tan (phi) und ist somit kleiner als bei sigma =0 dies widerspricht der graphischen Darstellung.

Der Grund dafür ist meines Erachtens: das Schergesetz und auch der Mohr-Coulomb Zusammenhang wurde vor 100-250 Jahren entwickelt wo die Druckkraft und Druckspannung positiv definiert war. Nun seit ca 50-70 Jahren hat man sich in der Statik zu einer neuen Vorzeichenregelung durchgerungen, dass Druck negativ und Zug positive Vorzeichen hat. Wenn man dies anwendet muss man aber auch die Formeln entsprechen diese Definition angleichen bzw. verändern. In der Baupraxis wurde dies für die Ermittlung von Scherungen jedoch nie durchgeführt. Daher plädiere ich für die Definition der Vorzeichen wie sie die Erfinder der Scherformeln und auch Mohr-Coulomb durchführten beizubehalten. Ansonsten kommt es zu den Widersprüchlichkeiten die wir derzeit bei den Abbildungen und Formeln im Artikel Schergesetz haben.

Weiters ist es sehr ungünstig in zwei aufeinanderfolgenden Darstellungen einmal den Druck nach rechts und bei der nächsten Abbildung nach links zu zeichnen. Dies führt nicht zu einem besseren Verständnis sondern fördert nur die Verwirrung zwischen Formeln und Darstellungen. Aus meiner Sicht wäre es für die Verständlichkeit zielführend die seinerzeitigen Definitionen wieder herzustellen und mit entsprechender Graphik zu unterstützen, die auch mit den Vorzeichen übereinstimmen.--Bertbau (Diskussion) 14:08, 24. Feb. 2017 (CET)

Ich bitte Johannes Kalliauer auf meinen Beitrag eine Stellungnahme abzugeben.--Bertbau (Diskussion) 10:46, 25. Feb. 2017 (CET)

Sorry irgendwie hatte ich die Zusammenfassung per Mail gelesen und dann irgendwie vergessen den Text auf der Diskussion zu lesen und hatte dann irgendwie den Punkt noch im Kopf und es ausgebessert. Tut mir Leid. Meine gesammten Bearbeitungen hieren waren etwas schleißig. Da werde ich mir mehr Zeit nehmen müssen und das konsistent ändern, oder es lassen.

Im Grundbau/Geotechnik wird Druck oft positiv definiert, in der Festigkeitslehre normalerweise Zug. Dies sehe ich ziemlich unabhängig von Theorie und Baupraxis. Die Mohrschen Spannungskreise sehe ich mehr Teil der Festigkeitslehre.

Die Vorzeichendefinition sehe ich eine Ansichtssache, ich werde das mal vorläufig lassen, oder die Diskussion neu aufgreifen.

 — Johannes Kalliauer - Diskussion | Beiträge 23:45, 25. Feb. 2017 (CET)