Max. Kraft auf Kohlerohr 16mm Da ??

Original erstellt von Silvan Borer:
Ja deshalb müssten wir doch langsam die Schubspannung oben am Rohr rechnen und dann schauen ob das Harz diese Scherspannung aushält.

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Hi!

Erstmal bestimmen, wie groß denn die Querkräfte wirklich sind (Abstand der Rippen, in denen das Rohr im Flügel gelagert ist, Lagerungsbedingungen des Rohrs im Rumpf,...). Wenn sich damit die Frage positiv beantwortet lässt, dass das Harz (genau genommen: die Faser-Harz-Anbindung) die Schubspannungen aushält, frage ich anschließend "wie lange?"

Gruß Yeti

Achja und das Ganze dann bitte mit statischem UND dynamischen Festigkeitsnachweis

Jaja ich bin ja schon ruhig

Hallo Christian

Wir haben ein Drehmoment berechnet, wieso müssen wir dabei den Rippenabstand wissen. Das maximale Moment belastet unser Rohr und erzeugt die kritischen Zug- Druck und Schubspannungen, wir nehmen dabei an, dass die Einleitstelle optimal, so wie auf bei dem Beispiel vom Segelflugzeug, ausgeführt wird. Wenn wir eine vernünftige Einleitstelle in die Flügelschale haben bricht das Rohr beim übergang in das Flügelrohr.
Mein wissen sagt beim Berechnen der Spannungen können wir doch von isotropen Material ausgehen und esrt beim Vergleich der möglichen Bruchbeanspruchungen den anisotropen Werkstoff berücksichtigen?

Viele Grüsse Silvan

Hallo Dennis
Wollte noch nachtragen, dass wir keinen dynamischen Festigkeitsnachweis bei den wenigen Lastwechseln brauchen . Wir können rein statisch rechnen.
Im Dubbel habe ich für die Schubspannung tau = k x Fquer / A gefunden. K ist für dünwandige Querschnitte 2.
Daraus ergibt sich die oben berechnete Schubspannung mal 2.
Damit müsste in unserem Fall das Harz 6.6N/mm2 übertragen. Was aus meiner Erfahrung problemlos geht. Habe für das Laminierharz Typ L 285 mit Härter 500 eine Zugfestigkeit von 70-80N/mm2 gefunden.

Hallo Cristoph
Du wolltest ein Impellermodel mit 2.5kg und 10G belasten.
Bei einer Spannweite von 1.2m können wir mit einem Hebelarm von max. 0.4m rechnen.
M = 2.5 x 10 x 0.4 = 10kgm oder 100’000 Nmm.
Oben haben wir mit ca. einer 3-4 fachen Bruchsicherheit gerechnet (550N/mm2) und haben ein Moment von 91’500Nmm bekommen.

Aus dieser Betrachtung erfolgt, dass das Modell mit diesem Rohr bei dieser Belastung mit 3-facher Sicherheit fliegt!

Viele Grüsse Silvan

Original erstellt von Silvan Borer:

Wir haben ein Drehmoment berechnet, wieso müssen wir dabei den Rippenabstand wissen.

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Wie kommt das Biegemoment in das Steckungsrohr? - > Durch ein Kräftepaar. Die Größe der Querkräfte hängt vom Abstand der Krafteinleitungen ab.

Die Kraft F (rot) erzeugt das Moment M (grün). Dieses Moment wird durch das Kräftepaar (grün) in das Steckungsrohr eingeleitet. Die Größe der Kraft erhält man aus dem Quotienten von Moment und Abstand der Rippen, in denen das Rohr gelagert ist (a).

Das maximale Moment belastet unser Rohr und erzeugt die kritischen Zug- Druck und Schubspannungen...

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Das Moment erzeugt Druck- und Zugspannungen, die Querkraft Schubspannungen. Wenn man das Rohr nur für das Biegemoment auslegt und die Schubspannungen vernachlässigt, dann wird das nicht (lange) halten (siehe Link von Ernie).

Und keine Angst: Ich werde hier niemanden mit einem dynamischen Festigkeitsnachweis belästigen.

Gruß Yeti

[ 10. Juni 2005, 09:35: Beitrag editiert von: Christian Ückert ]

Das Moment können wir im Raum verschieben und es bleibt immer gleich.
Welches Mass a müssen wir nehmen damit wir unser Moment übertragen können?
Wenn wir a zu kurz nehmen werden die Druckkräfte und Scherkräfte an der Kante zu gross, aber das Moment ändert immer noch nicht!
Ich spreche von der Schubspannung im Rohr parallel zu der Mittelachse. Dies Spannung muss das Harz übernehmen!

Viele Grüsse Silvan

Original erstellt von Silvan Borer:
Das Moment können wir im Raum verschieben und es bleibt immer gleich.

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Stimmt. Aber nochmal: Wie kommt das Biegemoment in das Steckungsrohr?

Welches Mass a müssen wir nehmen damit wir unser Moment übertragen können?
Wenn wir a zu kurz nehmen werden die Druckkräfte und Scherkräfte an der Kante zu gross, aber das Moment ändert immer noch nicht!

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Je kürzer der abstand a, desto größer die Kräfte, die das Moment in das Rohr einleiten. Dieses Kräftepaar belastet das Steckungsrohr auf SCHUB!!!

Ich spreche von der Schubspannung im Rohr parallel zu der Mittelachse. Dies Spannung muss das Harz übernehmen!

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Alle Schubspannungen müssen in einem CFK-Rohr mit unidirektionaler Faserausrichtung vom Harz / von der Faser-Harz-Anbindung übernommen werden, weil überhaupt keine Fasern in der Richtung vorhanden sind, die die Schubbelastung aufnehmen könnten. Und das ist schlecht

Gruß Yeti

[ 10. Juni 2005, 10:17: Beitrag editiert von: Christian Ückert ]

Nehmen wir an dass a 30mm ist. Dann wird die Rippe aus dem Flügel brechen und nicht das Rohr abscheren. Ich habe ja die Querkraft berechnet und die ist halt nur ca. 12kg auf den grossen Querschnitt.
Ich glaube Du musst einmal mit Zahlen rechnen um zu sehen wie die Verhältnisse an unserem Flügel wirklich sind.

Viele Grüsse Silvan

Ok, dann rechne ich mal mit deinen Werten:

F = 152N
l = 600mm (gedachter Hebelarm des Auftriebs)
Daraus folgt: Biegemoment an der Flügelwurzel M = F * l = 152N *0,6m = 91,2 Nm

Soll dieses Moment über zwei nur 30mm auseinanderliegende Rippen in das Steckungsrohr eingeleitet werden, dann ergibt sich daraus eine Querkraft von 91,2 Nm / 0,03m = 3040 N! Würden wir in Metall-Denkweise einfach diese Querkraft auf die Querschnittsfläche von 47 mm² beziehen, hätten wir eine Schubspannung von 64 N/mm².

Nehmen wir lieber einen Rippenabstand von a = 100mm (=0,1m). Dann ergibt sich die Querkraft immerhin noch zu 91,2 Nm / 0,1m = 912 N

Welchen Einfluss der Rippenabstand hat, sollte doch jetzt klar sein, oder?

Gruß Yeti

Hallo Yeti

Gut ich gebs ja zu. Es hat einen Einfluss
Die Farge ist, wie die Schale, diese Kraft von 300 kg auf den Bolzen bringen soll.

Nehmen wir die für a 100mm. Also Querkraft / Fläche ergibt eine Querspannung von 19.4N/mm2. Dabei haben wir eine Biegespannung von 550N/mm2. Jetzt können wir die 3.5% schon wieder aus der Rechnung streichen.

Mich würde jatzt wirklich noch die Berechnung der Schubspannung in Achsrichtung interessieren. Die ist nämlich für die Dilation des Faserverbundes entscheidend.

Wenn ich sehe, dass Christoph von einem 70cm Stab gesprochen hat, so ist dieser Wurzelrippenabstand das kleinere Problem! Nach meiner Rechnung kann er immer noch mit einer 3-fachen Sicherheit den Flieger in seinem Element bewegen.

Viele Grüsse Silvan

Hallo Christoph!

Um endgültige Gewissheit zu haben denke ich wirst Du um einen (Bruch-)Versuch mit dem CFK-Rohr nicht herumkommen ... auch wenns weh tut!

Und zwar in der gleichen Anordung wie dann im Flieger verbaut, also inkl. Rippen, Steckungsrohr, etc ... auf scharfe Kanten achten!

Mit Wassereimern kannst Du die Last simulieren ...

Wenn es dann Deine erforderte Last aushält (oder sogar darüber) fliegt es sich bestimmt entspannter ... und falls nicht so wäre das Rohr sowieso unterdimensioniert gewesen ... ist dann auch nicht schade darum ...

Wär von allgemeinem Interesse was so ein Rohr wegsteckt, schätzomativ packt´s es!

Grüße Spunki

Hi Silvan!

Edit: Überschneidung der Beitrage Mein Beitrag sollte eigentlich unter Christian seinem erscheinen

Wir haben ein Drehmoment berechnet, wieso müssen wir dabei den Rippenabstand wissen.

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So wie Christian schon sagte bekommst du ja aus dem Drehmoment eine Querkraft (grüner Pfeil in seinem Freikörperbild)
Umso kleiner der Hebelarm (Mass a) ist, umso größer wird das Kräftepaar (Querkraft), denn Drehmoment ist ja gleich Kraft mal Hebelarm. Das Drehmoment ist gegeben. Wenn der Hebelarm kleiner wird, MUSS die Querkraft größer werden.

Aus der Querkraft gehen ja nun die Schubspannungen hervor (Scherung). Umso größer die Querkraft, umso größer logischerweise auch die Schubspannungen.

Ergo:

kleinerer Hebelarm (Mass a) ------> größere Querkraft -----> größere Schubspannungen

Deswegen musst du den Rippenabstand kennen, über den das Moment eingeleitet wird, da du sonst die Schubspannungen nicht kennen kannst.

[ 10. Juni 2005, 12:56: Beitrag editiert von: Dennis Schulte Renger ]

Spunki
Ich würde sagen die Berechnung hat genügend Reseven und es wird mit Sicherheit halten, wenn die Einspannbedingungen gut gewählt sind, keine scharfen Kanten.
Dennis
Die Querkraft wird doch von der Faser quer aufgenommen, nur in Achsrichtung muss das Harz alleine tragen. Dies ist aus meiner Sicht der kritischste Zustand. Dazu wären noch ein paar berechnete Spnnungen gut.

Viele Grüsse Silvan

Original erstellt von Silvan Borer:
Die Farge ist, wie die Schale, diese Kraft von 300 kg auf den Bolzen bringen soll.

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Hi! Also 30mm Rippenabstand wäre wohl weitestgehend abwegig. Aber auch die 912 N (93 kp) bei 100mm Rippenabstand sind nicht ohne. Die Schale kann damit nichts anfangen, klaro. Deshalb muss die Rippe, in der das Steckungsrohr gelagert ist, an den Holmsteg angewinkelt werden, denn der ist für de Querkräfte zuständig.

Nehmen wir die für a 100mm. Also Querkraft / Fläche ergibt eine Querspannung von 19.4N/mm2. Dabei haben wir eine Biegespannung von 550N/mm2. Jetzt können wir die 3.5% schon wieder aus der Rechnung streichen.

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Ich wäre da nicht so voreilig mit dem Streichen. Zunächst mal haben wir keine konstante Schubspannung über den Querschnitt, sondern die Schubspannung erreicht ihr Maximum auf halber Höhe mit knapp 40 N/mm²



Das ist zwar immer noch "wenig" im Vergleich zu den 550 N/mm² Zug, bzw. Druck an der Rohrober-/ und -unterseite. Aber für die Zug- und Druckspannungen liegen die Fasern in der richtigen Richtung, für die Schubspannungen nicht! Das heißt, dass in diesem Beispiel die Faser-Harz-Anbindung und auch das Harz zwischen den Fasern auf Schub beansprucht wird. Dabei ist eine Schubspannung von knapp 40 N/mm² für einen unidirektionalen Faseraufbau wirklich nicht wenig.

Mich würde jatzt wirklich noch die Berechnung der Schubspannung in Achsrichtung interessieren. Die ist nämlich für die Dilation des Faserverbundes entscheidend.

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Was meinst du damit? Die 40 N/mm² wirken doch zwischen den einzelnen "Schichten".


Gruß Yeti

Original erstellt von Spunki:
Hallo Christoph!

Um endgültige Gewissheit zu haben denke ich wirst Du um einen (Bruch-)Versuch mit dem CFK-Rohr nicht herumkommen ... auch wenns weh tut!

Und zwar in der gleichen Anordung wie dann im Flieger verbaut, also inkl. Rippen, Steckungsrohr, etc ... auf scharfe Kanten achten!

Mit Wassereimern kannst Du die Last simulieren ...

Wenn es dann Deine erforderte Last aushält (oder sogar darüber) fliegt es sich bestimmt entspannter ... und falls nicht so wäre das Rohr sowieso unterdimensioniert gewesen ... ist dann auch nicht schade darum ...

Wär von allgemeinem Interesse was so ein Rohr wegsteckt, schätzomativ packt´s es!

Grüße Spunki

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Volle Zustimmung!

Mit dem "kleinen Exkurs" in die Auslegung von Faserverbundwerkstoffen wollte ich eigentlich nur darauf hinweisen, dass so etwas nicht ganz leicht zu berechnen ist. Ein Versuch ist da immer besser. Und zwar -wie Spunki schreibt- umso besser, je besser er die realen Verhältnisse abbildet. Das in meinen entscheidende Problem ist die Anbindung des Steckungsrohres an den Flügel und seine Aufhängung im Rumpf. Wenn man sich nur auf eine Rechnung verlässt, dann sollte man allerdings nichts Wesentliches unter den Tisch fallen lassen. Im Gegensatz zu einem Metallrohr haben Faserverbundwerkstoffe nunmal sehr richtungsabhängige Eigenschaften. Berücksichtigt man nur die Biegung alleine, steht das CfK-Rohr recht gut da, aber mit den Querkräften hat es seine Probleme. Mit den Zahlenwerten aus dem Rechenbeispiel von Silvan bekomme ich jedenfalls heraus, dass es gerade man so eben hält. Viel Sicherheit hat man jedenfalls nicht mehr. Verbessern lässt sich die Situation, wenn man über das Rohr noch einen Gewebeschlauch mit +/-45° Faserorientierung zieht.

Gruß Yeti

Super jetzt sind alle Fragen geklärt, muss nur noch gebaut werden

Viele Grüsse Silvan

Hi!!

Wobei man auch mit dem Versuch, wie von Spunki angesprochen, noch keine absolute Sicherheit hat. Denn wie ich ganz am Anfang im Thread mal angedeutet habe, darf man die Landestöße nicht vergessen.

Die 10g Belastung treten zwar schön im normalen Flug auf, nur denke ich, sind die Peak-Belastungen beim Landen erheblich höher.

[ 10. Juni 2005, 13:47: Beitrag editiert von: Dennis Schulte Renger ]

Villeicht gibts ja auch eins mit ner dickeren Wandung

Besser wäre eins, in dem auch gleich ein Anteil diagonale Fasern mit drin ist. Aber meistens bekommt man nur das Eine oder das Andere...

Hi
Jetz hab ich schon Kopfschmerzen aber auch ne menge dazugelernt.
Also die Querkraft drück am Rumf auf das Rohr und in der Fläche unter das selbige. Je grösser der abstand desto kleiner diese Kraft.
Dann haben wir noch die Schubspannung zwischen dem oberen und unteren "Rohrteil" die von der rechten und linken seite des Rohres und damit der verklebung übertragen werden müssen.
Der Hebelarm kann max der aussendurchmesser des Rohres sein und bei 91Nm sind dann 9100Ncm : 1,6cm = rund 5700N zu verkraften.
Bei 30 mm länge und einer Wandstärke von 2 mal 1 mm gleich 60 mm/2 komme ich auf 95 N/mm/2.
Das hält das beste Harz nach Euren angaben auch nicht.
Ausserdem ist der wert von 550N/mm/2 unterdimensioniert und das 3 fache eher normal.
Geht man beim Harz von 50 N/mm/2 aus und der Festigkeit der fasern mit dem 3 fachen, sollte das Rohr mindesten 6 mal die 30 mm lang sein also 18 cm.
Damit steht es zwischen fasern und Harz dann 50 zu 50.
Bei verklebungen sollte trozdem noch 2 fache sicherheit eingerechnet werden, was die Rohrlänge noch einmal erhöht.
Ein CFK Stopfen am ende des Rohres sollte auch Schubspannungen übernehmen können.
An den Druckpunkten wo die Querkräfte eingeleitet werden sollten auch nur CFK stopfen als stüzen eingeklebt werden, denn "weiche" teile stüzen CFK "nicht wirklich" ab und an Ausschäumen würde ich nicht einmal denken.
Ich werde am wochenende mal einen Bruchlastversuch mit sebstlaminierten Rovings machen um einen Überblick über die festigkeit zu bekommen, das ist bestimmt der sicherste Weg.
Selbst laminiert deshalb, weil ich einen flächenverbinder brauche den es nicht gibt.
Wer macht denn den Bruchlastversuch mit dem 16 mm CFK Rohr. Hat kein Hersteller eins herumliegen.

Gruß Aloys.