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aerostar

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1

Freitag, 9. November 2007, 11:51

Zulässige Biegespannung von Flächenstählen?

Moin zusammen,

ich mache mir gerade den Spaß, bestehende Steckungen durchzurechnen. Die Ergebnisse sind, nun ja, merkwürdig. Theoretisch müssten alle versagen.

Eine wichtige Information, die ich nur abschätzen konnte, ist die zul. Biegespannung an Rechteck-Federstählen und Rundstählen.

Wer weiß was?

Martin
:ansage: [SIZE=2]Failure is not an option! [/SIZE] It's basically included. :D

haegar

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2

Freitag, 9. November 2007, 13:12

Dubbel

Hi,

such mal im Dubbel (Maschienenbau Handbuch).
Ich habs jetzt nich im Kopf, ansonsten genau mein Gebiet...

Grüsse
nur selberfliegen ist noch schöner :dumm:
holgi fliegt: Stratos, Rasant, Rasant Speed, SuperAir, Champion, Loki, Curare, Lenger Twister SE, KAOS mit mc-22s im: www.moewe-delbrueck.de

Elektroniktommi

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3

Freitag, 9. November 2007, 13:15

RE: Dubbel

Nimm mal als Anhaltswert 800 N/mm^2 (800 MPa)
Die Aufschrift "NICHT BRENNBAR" ist keine Herausforderung!
[IMG]http://www.rclineforum.de/forum/attachment.php?attachmentid=122429&sid=[/IMG]

[SIZE=4]Ströme messen nicht vergessen![/SIZE]

Chilikakaoexperte

4

Freitag, 9. November 2007, 13:17

Von was für einem Material bist Du denn da ausgegangen?

aerostar

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5

Freitag, 9. November 2007, 13:30

Moin zusammen,

bei Stahlbecker habe ich ein paar Werte gefunden. Angabe in Rm, aber das müßte sigmaB entsprechen. Die Werte liegen zwischen 1000 und 2000N/mm².

Aber auch mit den Werten komme ich auf Lastvielfache, die lächerlich sind. Mein kunstflugtauglicher Motorsegler (Friede seinen Trümmern ;( ) konnte danach nur 2,5-5g aushalten. Entweder das reicht tatsächlich und die Lasten sind geringer als man allgemein denkt, oder die Stähle halten viel mehr aus.

Ein anderes Rechenbeispiel würde bei einem 3,4m Motorsegler auf ähnliche Werte kommen. Theoretisch müßte die Verbindung schon längst geknackt sein.

Martin
:ansage: [SIZE=2]Failure is not an option! [/SIZE] It's basically included. :D

wurpfel1

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6

Freitag, 9. November 2007, 13:51

wie hast du das gerechnet?

beidseitig eingespannte bauteile unter biegung und torsion führen zu tollen diff-gleichngssystemen, geschätzt fünfter ordnung :evil:


liegt biegung UND torsion vor reduziert sich die zulässige spannung dramatisch, faktor 10 ist durchaus üblich.


oder für praktiker:
keine loops mit flächenstählen die spiel haben :nuts:
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

7

Freitag, 9. November 2007, 14:04

Hallo zusammen,


hier mal ein Beispiel für ein 50er Steckungsrohr aus Perunal, Wandstärke: 1mm

Wechselbiegefestigkeit (Quelle: Alu Menziken): 110 N/mm² bei 10^7 Lastwechseln.

Ergibt W=1850 mm^³

Nach Mb=Sigmab*W=1850mm³*110N/mm²=203,5 Nm entspricht circa 20,7 kg auf einem Meter Rohrlänge.

Wenn man bei einer 3M-Kunstflugmaschine (angenommenes Gewicht: 17-18kg) mit Belastungen bis hin zu 10G rechnet (-->Fzmax~1800N, pro Flächenhälfte dann mal ganz grob um die 900N), wird man schnell feststellen, dass das Rohr diese Belastung eigentlich gar nicht aushalten kann.

Natürlich muss man dazu sagen, dass die Festigkeit von 110 N/mm² eben bei 10^7 Lastspielen zustande kommt - um dies zu erreichen, müsste man sehr, sehr oft fliegen. Deswegen wird die Biegefestigkeit bei einem neuen Rohr wesentlich höher sein. Um den Belastungen bei ~10G standzuhalten, müsste ein neues Rohr allerdings eine um den Faktor 4-5 höhere Festigkeit aufweisen. Ob dies realistisch ist, weiß ich nicht, ich habe keine Wöhlerlinie zu diesem Material gefunden (wird man im Internet wohl auch nicht bekommen).

Ich bezweifle, dass irgendein Hersteller die im Flug auftretenden Belastungen mal misst/errechnet und dann das Steckungsrohr passend dimensioniert. Da wird einfach pi mal Daumen ein Steckungsrohr mit großem Durchmesser genommen, wird schon halten.
Eigentlich kann es aufgrund der gegebenen Biegewechselfestigkeit eigentlich gar nicht sein, dass ein Hersteller hier nachgerechnet hat - es ist ja offensichtlich, dass dies zumindest auf Dauer nicht halten wird.

In diesem Zusammenhang möchte ich auf folgenden Beitrag verweisen:

http://www.rclineforum.de/forum/thread.php?threadid=27855

Ich selbst habe noch nicht erlebt, dass ein Steckrohr abriss, doch hört man ab und zu davon (siehe Beitrag, nicht mal bei einer hohen Belastung, sondern bei leichtem Abfangen).
Gestern gelesen auf RC-Network: "...Leider hatten wir auch einen Totalverlust zu beklagen, die schöne L 39 von Bernd (2. SemiScale DM 07) zerplatzte in der Luft.
Vermutlich war ein Steckungsrohrbruch der Ausgang des Desasters."

Dass dies nicht öfter passiert, wird wohl daran liegen, dass die Festigkeit der Rohre aufgrund eines geringen Alters/wenig Belastungen noch höher liegt, oder die Belastungen, die im Flug auftreten, wesentlich geringer sind, als wir alle bisher angenommen haben.

Mir wird oft ganz anders, wenn ich einen Jet mit 15-20 kg Abfluggewicht sehe, wo dann ein 30er Alu-Steckrohr eingebaut ist. Die hier auftretenden Kräfte sind bestimmt nicht ohne, bei diesen Geschwindigkeiten... ich finde das von den Herstellern unverantwortlich, solche minimalistischen Steckungen in Jets einzubauen.

Eine andere interessante Frage wäre, wie es sich mit Kohlesteckrohren verhält. Die Dauerschwingfestigkeit ist bei Kohle wesentlich höher, dafür sollen Kohlerohre ganz schlechte Scherfestigkeiten aufweisen.
Hierzu sind die Informationen im Internet leider sehr dürftig.

Deshalb werde ich als Steckungsrohrgegner in meinen nächsten Flugzeugen nur noch Flachholme mit Holmgurten aus Kohlerovings einsetzen, welche vor Einsatz einem Belastungstest unterzogen werden.

Gruß

Alex

*edit* sehe gerade, dass es hier um Flachstähle geht. Ich denke, dass Steckrohr aber auch reinpassen.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Interceptor« (9. November 2007, 14:07)


aerostar

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8

Freitag, 9. November 2007, 14:06

Moin,

gerechnet habe ich nach dem Beispiel der Lastannahmen von Dr.-Ing. Funke, zu finden bei R+G -> Service. Das ganze mit rechteckigen Querschnitten. Nach nochmaliger Überlegung bin ich aber der Überzeugung, das Funke da einen ganz dicken Bock drin hat. Die Auftriebskraft geht nur mit 1/2 in die Rechnung ein, womit sich alle Ergebnisse bezüglich Lastvielfachen verdoppeln. Das ist schon plausibler!

Auf Swiss-Composite gibt es die gleiche Abhandlung zusammen mit einer Tabelle mit Erfahrungswerten. Auch hier ist eine ziemliche Diskrepanz zu erkennen. Die Dimensionen nach Erfahrungswerten liegen deutlich tiefer.

Kann mal jemand anderes die Funke-Rechnung überprüfen? Evtl. habe ich ja auch einen Denkfehler drin.

Martin
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Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »aerostar« (9. November 2007, 14:14)


neonerl

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9

Freitag, 9. November 2007, 14:08

Du must den Eulerfall beachten (1,2,3)
Du must überlegen, hast Du elastische oder plastische Verformung.
Du must wie wurpfel schon geschrieben hat die verschiedenen Kraftvektoren berücksichtigen, usw.
Außderm mußst Du wissen welchen Stahl Du genau verwendest.
Neben dem Dubbel gibt es noch den Groß Hauger Schnell. Der ist etwas detaillierter.
Der Trüg scheint.

aerostar

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10

Freitag, 9. November 2007, 14:18

Moin Boris,

mir ist schon klar, dass die Annahmen und Rechnungen die einfachsten Fälle darstellen. Was mich so irritiert hat ist, dass die Festigkeiten selbst bei "Idealrechnung" so gering sind. Wenn die Dinger ausbeulen oder man die Kerbwirkung an der Flächenwurzel berücksichtigt, wird's noch weniger. Aber ich bin jetzt zu faul die Differentialgleichung 5.Ordnung anzufangen... :O (Abgesehen davon, das ich das nicht kann).

Martin
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aerostar

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11

Freitag, 9. November 2007, 20:41

Moin zusammen,

mit Hilfe meines alten Mechanik-Schmökers nochmal nachgerechnet. In der Funke-Abhandlung ist der Wurm drinne, alle Werte in den Tabellen und Diagrammen können verdoppelt werden. Entweder Lastvielfaches oder Rumpfmasse oder Spannweite, wie es beliebt. Selbst dann ist es noch defensiv gerechnet, weil die Auftriebskraft weiter innen ansetzt und den Hebelarm verkürzt.
Tja, auch ein Dr.-Ing. schützt nicht vor Denkfehlern... :evil:

Martin
:ansage: [SIZE=2]Failure is not an option! [/SIZE] It's basically included. :D

neonerl

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12

Freitag, 9. November 2007, 22:12

wie rechnest Du denn die Auftriebskraft? Flächenbelastung oder Einzelkraft? Und wo ist der Angriffspunkt?
Der Trüg scheint.

aerostar

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13

Freitag, 9. November 2007, 23:38

Moin Boris,

die Gewichtskraft des Rumpfes (Fr) setzt in der Mitte an. Zum Ausgleich rechts und links auf halber Spannweite die Auftriebskraft (Fa) als Punktlast, jeweils 1/2 Fr. In der Realität bei Trapezflächen noch etwas weiter innen, aber auf das bisschen kommt's nicht an. Bringt zusätzliche Sicherheit in die Rechnung.

Jetzt das System frei schneiden. Eine Hälfte weg, bleibt übrig ein Moment in der Mitte resultierend aus Fa und dem dazugehörigen Hebelarm l, 1/4 der Spannweite (halbe Halbspannweite).
Funke rechnet mit Fa = Fr, und das ist falsch. Steht in jeder Formelsammlung.

Martin
:ansage: [SIZE=2]Failure is not an option! [/SIZE] It's basically included. :D

14

Samstag, 10. November 2007, 10:15

Hallo Martin,

das Thema ist oft und kontrovers (in Bezug auf das Material) diskutiert worden. Im Internet kann ich dir zum Einstieg folgende Links empfehlen:

Grundlagen

und für die Praxis:

Praxis

Meine Meinung:

Na 5 G ist doch ganz ordentlich, im übrigen sollte man vor Turnübungen den Körper dehnen.

Schönen Gruß

Ronald :D

15

Samstag, 10. November 2007, 13:49

Zitat

Original von Interceptor
Ich bezweifle, dass irgendein Hersteller die im Flug auftretenden Belastungen mal misst/errechnet und dann das Steckungsrohr passend dimensioniert.


IMHO gibt es keine verifizierten Messungen über Lastvielfache an Modellflugzeugen.

Das Problem entsteht nicht zuletzt darin, das dynamische Lastangriffe, ähnlich wie in einer ausgeführten Motor-Konstruktion, nur schwer oder gar nicht wiederhol- und messbar darzustellen sind.

Rein mathematische Betrachtungen führen hier nicht weiter, denn es gilt:
"Die Grundlage einer Theorie ist der Ausschluss alles Ungleichartigen"
(v. Clausewitz)

Die Gebr. Methkemeijer aus NL sind bei ihren Betrachtungen über Lastfälle an Kurbelwellen zu dem Schluss gekommen, das es irgendwann sinnvoller ist, das an sich dynamische System als statisches zu betrachten und mit einer ausreichenden Sicherheit für dynamische Lastangriffe zu konstruieren.

ChForrer

RCLine User

Wohnort: CH-

Beruf: dipl. Techniker HF

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16

Samstag, 10. November 2007, 17:13

Hallo Zusammen

Jetzt muss ich doch einmal fragen, was für eine Belastung/Konstruktion genau ihr bei euren Berechnungen annehmt bei einer Flächensteckung? Je nach dem wie ein Flügelanschluss am Rumpf ausgeführt ist, können hier ganz unterschiedliche Biegelängen auftreten. Der Teil der im Flügel steckt wird schliesslich vom umhüllenden Hauptholm sehr gut zusätzlich gestützt... (als Beispiel) Was also sind bei euren Berechnungen die Grundlagen? Also was für Auflagepunkte, wo greifen welche Kräfte an, wie gross sind die angenommenen Biegelängen usw.

Ich behaupte nämlich, dass es nicht möglich ist mit allgemeinen Programmen oder Formeln, eine Flächensteckung realistisch zu berechnen, da doch bei jedem Modell die Verhältnisse der Kräfteinleitung anders sein können...


Gruss
Christian
Konstruieren > bauen > fliegen, das ist eines meiner Hobbys

Meine Homepage: RC-Modellflug, VFR und Archäologie

aerostar

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17

Samstag, 10. November 2007, 21:45

Moin zusammen,

mir ist schon klar, dass es in dynamischen Lastfällen mehr oder weniger unmöglich ist, den ganzen Krempel durchzurechnen. Mit FEA wird's gehen, aber dann müssen natürlich auch die ganzen Lastfälle und Festigkeiten erst einmal bekannt sein. Die Abhandlungen, die Ronald verlinkt hat, gehen schon ziemlich weit.
Es ging mir darum, erst einmal die richtige Größenordnung für ein stinknormales Modell zu finden. Keine Wettbewerbswenden, -abfangbögen etc. Ich bin Ing. genug um zu wissen, dass ich eine gewisse Ungenauigkeit drin habe. Die wird dann durch ungünstige Annahmen in Richtung Überdimensionierung kompensiert.

@Christian: Egal wie die Steckung ausgeführt ist, das Biegemoment am tragenden Element ist immer gleich. Das läßt sich berechnen. Das die Ausführung den Kerbfaktor beeinflußt ist klar, der ist in den Rechnungen nicht enthalten. Mit etwas Cleverness und Erfahrung kann man diesen Einfluß aber gering halten bzw. abschätzen und in der Rechnung berücksichtigen.
Genau berechnen kann man das auch, finite Elemente. Das größte Problem dabei ist die Feststellung der Randbedingungen, z.B. E-Moduln der Bauteile, Belastungsgeschwindigkeiten , plastische Verformung etc. Wir haben hier drei gut bezahlte Leute inne Firma, die den ganzen Tag nichts anderes machen, als die Dauerfestigkeiten von Implantaten zu rechen.

Wie gesagt, es geht mir um ingenieursmäßige Abschätzungen und nicht um wissenschaftliche Abhandlungen auf die dritte Kommastelle. Wenn da aber bereits in der "Grundberechnung" der Faktor 2 drinne ist, liegt man schon am Start daneben. Nach der Rechnung von Funke hätte ich schon Probleme, eine durchgehende Steckung zu bauen. Wegen V-Form und Durchmesser müßte ich sie teilen. Nach meiner Berechnung passen Aufnahmen für eine durchgehende Steckung in die Fläche.

Martin
:ansage: [SIZE=2]Failure is not an option! [/SIZE] It's basically included. :D

18

Sonntag, 11. November 2007, 09:19

Hallo Zusammen,

Hauptholm Berechnung ist ohne ZUVERLÄSSIGE Materialdaten nicht möglich. Vor ca. 3 Wochen wurde ich mit der Konstruktion einer Christen Eagle fertig. Zeichnen dauerte nochmals 1 Woche, im Moment ist sie in der Werkstatt. Grundsätzliches Problem ist das Zusammenspiel aller Faktoren, d.h. abwiegen der Materialien, Leim auswählen, Reihenfolge der Bauabschnitte festlegen. Der Lohn ist dann außergewöhnliche Festigkeit bei geringem Gewicht (C.Eagle obere Fläche ca. 90 cm, Gewicht 94 gramm unbespannt, Belastbarkeit liegt jetzt schon über 9 G! in Bezug auf das zu erwartende Gesamtgewicht).

Nur am Reisbrett läßt sich kein Hochleistungsflieger bauen, geschweige konstruieren oder berechnen. Ein wenig Gefühl und ein Belastungstest vor Bespannung und Lackierung ist in jedem Fall notwendig, wenn Kunstflug angestrebt wird, wenn Wettbewerbe geflogen werden sollen, dann in jedem Fall ein Muß.

OK so far,

Ronald

ChForrer

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19

Sonntag, 11. November 2007, 11:28

RE: Zulässige Biegespannung von Flächenstählen?

Zitat

Original von aerostar
Moin zusammen,

ich mache mir gerade den Spaß, bestehende Steckungen durchzurechnen. Die Ergebnisse sind, nun ja, merkwürdig. Theoretisch müssten alle versagen.

Eine wichtige Information, die ich nur abschätzen konnte, ist die zul. Biegespannung an Rechteck-Federstählen und Rundstählen.

Wer weiß was?

Martin


Ich nochmals

Von was sprechen wir jetzt genau? Einer Flächensteckung, oder der Auslegung von einem Hauptholm? In der Ursprünglichen Fragestellung ging es um Flächensteckungs- Stähle und nicht um die Auslegung für einen Hauptholm. Gerade aber die Belastung für eine Steck- verbindung ist wesentlich davon beeinfluss wie ein Flügel gehalten, bzw. Abgestützt wird von der übrigen Struktur.

Martin; ich stimme dir zu, das man die angreifenden Kräfte an einen Flügel realitiv leicht festlegen kann. Wie genau sich das aber auf eine Flächensteckung (!) auswirkt steht auf einem ganz anderen Blatt. Sicher ist das man nicht einfach die Länge der Flächensteckung nehmen kann und die Kräfte darauf "ansetzt". Hier spielen noch weitere Faktoren eine wesentliche Rolle, wie eben die umgebenden Bauteile. Das heisst u. a. wie dick ist eine Tragfläche, wie hoch ist ihre Festigkeit insgesamt um einem "einknicken gleich am Rumpf" Wiederstand zu geben (was Biegekräfte auf die Flächensteckung ergiebt), wie gross ist die Zugkraft, mit der ein Flügel an den Rumpf gezogen wird usw. Angeführte Beispiele zeigen, dass man diese umgebenden Faktoren nicht vernachlässigen kann, da viele dieser Rechnungen offensichtlich Resultate ergeben, die eigentlich ein Versagen der Steckung voraussagen, was aber in der Realität nicht (immer) der Fall ist...

Im Endeffekt wird es doch so bleiben wie bisher, erst der praktische Versuch wird zeigen ob es hält. Denn niemand von uns allen ist in der Lage das genau zu berechnen. Dazu braucht es Hochleistungsrechner, ensprechende Software, detallierte Informationen über die eingesetzten Materialien (Eigenschaften), Klebstoffen und die Verarbeitung, präzise Infos was die Aerodynamik angeht (vermutlich das einfachste) und Fachleute die das umsetzten können (Doktorarbeit würde ich mal schätzten, vom Umfang her ;) ...)
Wir können nur grobe Annäherungsberechnungen machen, wobei am Ende die persönlichen Erfahrungen den Ausschlag geben werden wie man denn nun einen Flügel oder eine Steckung ausführen wird. Denn gerade Leute die sich mit solchen Berechnungen herumschlagen" haben doch schon einschlägige Erfahrungen was hält und was eher nicht... :ok: Oder was meint Ihr dazu...?

Gruss
Christian


Gruss
Christian
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