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Musti

RCLine Neu User

  • »Musti« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Ostarrichi

Beruf: Student

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1

Dienstag, 30. November 2010, 11:21

CFK-Rohr auslegung

Moin, ich habe eine Frage bzgl Auslegung von CFK-Rohren

Ich muss ein CFK-Rohr( Flügelholm) auslegen, welches an der Einspannstelle, also an der Flügelwurzel, eine Biegespannung von mindestens 130 N/mm^2 aushalten muss. Der Außendurchmesser beträgt 64mm aber nun ist die Frage wie dick die Wandstärke sein muss. Aus der normalen Biegespannungsformel kann ich den Innendurchmesser leider nicht ausrechnen da ja FVK inhomogen ist usw.

Matrial wäre:
http://www.hexcel.com/NR/rdonlyres/39A69…xPly_M56_eu.pdf

M56/40%
193PW/AS4-3K

Zugmodul=65,9 GPa
Zugspannung= 924 MPa
Drucksp= 848 MPa

Wäre für alle Ideen und Antworten sehr sehr dankbar! :)


mfg musti

ChForrer

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2

Dienstag, 30. November 2010, 12:36

RE: CFK-Rohr auslegung

Hallo

Im Prinzip hasst du Dir eine mögliche Antwort schon fast selbst gegeben; da das Material nicht homogen ist, kann es nicht mit "üblichen/normalen" Formeln berechnet werden... also entweder aufwändiges Infinte- Berechnungs/Simulationsmodell, oder ein Sicherheitsfaktor einführen, was in Deinem Fall der beste Weg zu sein scheint...

Ich würde mal berechnen was unter der Annahme eines homogenen Werkstoffes für ein Innendurchmesser herauskommt, und dann schauen was du Gewichtsmässig überhaupt "verkraften kannst" in Deiner Konstruktion, und dann auch das "Bauchgefühl befragen" um so den Innendurchmesser fest zu legen...

Andere Frage: Was für einen Sicherheitsfaktor nimmst Du eigentlich für die Berücksichtigung der wechselnden (Biege-) Lasten, ist ja kein einfacher statischer Fall?

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

Meine Homepage: RC-Modellflug, VFR und Archäologie

der_rote_baron

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Wohnort: Dresden

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3

Dienstag, 30. November 2010, 14:28

Moin,
irgendwie hast du die Frage ein bischen seltsam formuliert. Ein Kohlerohr, "welches an der Einspannstelle, also an der Flügelwurzel, eine Biegespannung von mindestens 130 N/mm^2 aushalten muss" kann man nicht auslegen. Die ertragbare Biegespannung ist eine Materialeigenschaft, also schon vorgegeben, wenn du dich für Kohle entschieden hast. Nach meinen Informationen kann man Kohleprofilen eine maximale Biegespannung von 500 Mpa (=N/mm²) zumuten, bevor es gefährlich wird. Du könntest höchstens fragen, welchen Innendurchmesser du wählen musst, damit im betrachteten Querschnitt (also der Flächenwurzel) eine Biegespannung von 130 MPa anliegt. Das widerum könnte man dir aber nur beantworten, wenn du noch ein paar Daten des Modells nachlieferst (Spannweite, Rumfgewicht und maximales Lastfielfaches, welches du dem Modell im späteren Leben mal zumuten willst).

Ich hab vor einiger Zeit übrigens mal ein Programm geschrieben, welches einem nach Eingabe der oben genannten Daten sowie der Geometrie des Hauptholmes den Sicherheitsfaktor gegen Gewaltbruch ausrechnet. Doppel -T-, Rohr- und Doppelrohrholme können damit berechnet werden. Ich hab schon mehrere Eigenbauten damit ausgelegt, gehalten haben sie bis jetzt alle. Wenn du willst, könnte ich dir das Ding mal per Mail schicken. In den Anhang hab ich mal einen Screenshot davon gepackt.

mfg Der Baron
»der_rote_baron« hat folgendes Bild angehängt:
  • image938.jpg
Die Mindesthöhe für eine Rolle ist gleich der halben Spannweite

Der Atomstromfilter - Zur Strapazierung der Lachmuskeln

Paul H.

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4

Dienstag, 30. November 2010, 14:33

RE: CFK-Rohr auslegung

Hm, irgendwie stehe ich auf der Leitung - warum sollte man den Innendurchmesser nicht ausrechnen können? Was übersehe ich da?

Wie kommt man überhaupt auf eine Spannung wenn man den Innendurchmesser nicht kennt? Neben dem Moment fliesst in die Spannung ja auch der genau Querschnitt ein.

Die Inhomogenität wird wohl nur durch einen Sicherheitsfaktor erfassbar sein - aber mit der Berechnung von CFK habe ich keine Erfahrung. Was ich mir vorstellen kann ist dass bei unidirektionalen Rohren die Scherung ein Problem werden kann, oder die Stabilität (nicht Festigkeit) gegen Knicken falls zu geringe Wandstärken .

Gibt's einen Link zu ner Erklärung die meine maschinenbauliche Sicht der Dinge an VFK-Bedingungen anpasst? ;)

:w Paul
Heavy Metal: Das Bierdosen - OV-10 Bronco - Projekt
Status 30.11.2010 : Endlich geht's weiter - Kabinenhaube

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Paul H.« (30. November 2010, 14:36)


der_rote_baron

RCLine User

Wohnort: Dresden

Beruf: Student (Luft- und Raumfahrttechnik)

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5

Dienstag, 30. November 2010, 14:57

RE: CFK-Rohr auslegung

Zitat

Original von Paul H.
Wie kommt man überhaupt auf eine Spannung wenn man den Innendurchmesser nicht kennt? Neben dem Moment fliesst in die Spannung ja auch der genau Querschnitt ein.


Genau das Problem habe ich mit dieser Frage ebenfalls. Ich denke mal er meint, dass die Steckung so beschaffen sein soll, dass 130 MPa nicht überschritten werden (also Sigma_zul = 130 MPa)

mfg Der Baron
Die Mindesthöhe für eine Rolle ist gleich der halben Spannweite

Der Atomstromfilter - Zur Strapazierung der Lachmuskeln

Musti

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6

Dienstag, 30. November 2010, 15:56

RE: CFK-Rohr auslegung

Zitat

Original von Christian_Forrer
Hallo

Im Prinzip hasst du Dir eine mögliche Antwort schon fast selbst gegeben; da das Material nicht homogen ist, kann es nicht mit "üblichen/normalen" Formeln berechnet werden... also entweder aufwändiges Infinte- Berechnungs/Simulationsmodell, oder ein Sicherheitsfaktor einführen, was in Deinem Fall der beste Weg zu sein scheint...

Ich würde mal berechnen was unter der Annahme eines homogenen Werkstoffes für ein Innendurchmesser herauskommt, und dann schauen was du Gewichtsmässig überhaupt "verkraften kannst" in Deiner Konstruktion, und dann auch das "Bauchgefühl befragen" um so den Innendurchmesser fest zu legen...

Andere Frage: Was für einen Sicherheitsfaktor nimmst Du eigentlich für die Berücksichtigung der wechselnden (Biege-) Lasten, ist ja kein einfacher statischer Fall?

Gruss und viel Erfolg
Christian


Hallo Christian,

also ich habe heute mit meinem Prof gesprochen und er meinte dass ich mit dem Excel-Programm AlfaLam rechnen soll. Damit kann man anscheinend die exakten Spannungen und Dehnungen welche in den Einzelschichten auftreten, berechnen.
Die berechnung mit dem homogenen Werkstoff werde ich erst am Freitag durchführen können da ich am Do eine Prüfung habe und mich erst danach wieder auf das Projekt konzentrieren kann.
Als Sicherheitsfaktor S=1.15, habe ich jedoch noch nicht mitberücksichtigt da die obengenannte Berechnug nur eine schnelle Überlegung war.
lg

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Musti« (30. November 2010, 16:14)


Musti

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7

Dienstag, 30. November 2010, 16:06

Zitat

Original von der_rote_baron
Moin,
irgendwie hast du die Frage ein bischen seltsam formuliert. Ein Kohlerohr, "welches an der Einspannstelle, also an der Flügelwurzel, eine Biegespannung von mindestens 130 N/mm^2 aushalten muss" kann man nicht auslegen. Die ertragbare Biegespannung ist eine Materialeigenschaft, also schon vorgegeben, wenn du dich für Kohle entschieden hast. Nach meinen Informationen kann man Kohleprofilen eine maximale Biegespannung von 500 Mpa (=N/mm²) zumuten, bevor es gefährlich wird. Du könntest höchstens fragen, welchen Innendurchmesser du wählen musst, damit im betrachteten Querschnitt (also der Flächenwurzel) eine Biegespannung von 130 MPa anliegt. Das widerum könnte man dir aber nur beantworten, wenn du noch ein paar Daten des Modells nachlieferst (Spannweite, Rumfgewicht und maximales Lastfielfaches, welches du dem Modell im späteren Leben mal zumuten willst).

Ich hab vor einiger Zeit übrigens mal ein Programm geschrieben, welches einem nach Eingabe der oben genannten Daten sowie der Geometrie des Hauptholmes den Sicherheitsfaktor gegen Gewaltbruch ausrechnet. Doppel -T-, Rohr- und Doppelrohrholme können damit berechnet werden. Ich hab schon mehrere Eigenbauten damit ausgelegt, gehalten haben sie bis jetzt alle. Wenn du willst, könnte ich dir das Ding mal per Mail schicken. In den Anhang hab ich mal einen Screenshot davon gepackt.

mfg Der Baron


Hallo,

ich habe vielleicht vergessen zu sagen dass die Spannweite 7m beträgt, die Flügeltiefe ca 45 cm, Rumpfgew ca 20 kg. Das was wir auf der FH bauen ist ein UAV. Also gibt es genaue Gewichtsbegrenzungen etc. und deswegen wollte ich halt wissen wie ich es schaffen könnte, einen sicheren Flügelholm mit dem niedrigsten Gewicht zu bauen. Ich hätte sicherlich kein Problem damit, das Rohr mit ca 3 mm Wandstärke zu bauen aber erzähl dies den Profs :D
Die von dir angegebenen 500 MPa kann man leider nicht für alle Rohre annehmen da es von vielen Faktoren wie Faservolumenanteil, Laminatdicke und und und abhängt.... Leider! Aber danke trotzdem für deine Lösungsvorschläge.
Dein Programm aber könnte ich immer wieder gebrauchen ;) , schicke dir eine PM. Danke


lg

Musti

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8

Dienstag, 30. November 2010, 16:13

RE: CFK-Rohr auslegung

Zitat

Original von Paul H.
Hm, irgendwie stehe ich auf der Leitung - warum sollte man den Innendurchmesser nicht ausrechnen können? Was übersehe ich da?

Wie kommt man überhaupt auf eine Spannung wenn man den Innendurchmesser nicht kennt? Neben dem Moment fliesst in die Spannung ja auch der genau Querschnitt ein.

Die Inhomogenität wird wohl nur durch einen Sicherheitsfaktor erfassbar sein - aber mit der Berechnung von CFK habe ich keine Erfahrung. Was ich mir vorstellen kann ist dass bei unidirektionalen Rohren die Scherung ein Problem werden kann, oder die Stabilität (nicht Festigkeit) gegen Knicken falls zu geringe Wandstärken .

Gibt's einen Link zu ner Erklärung die meine maschinenbauliche Sicht der Dinge an VFK-Bedingungen anpasst? ;)

:w Paul


Hallo Paul,
Weil die Formeln der Festigkeit leider für homogene Materialien wie Stahl, Alu usw gelten aber nicht für ein Laminat, dessen Lagen ja irgendwie ausgerichtet, also inhomogen sind.
Deswegen kann ich mit der Festigkeitsformel der Biegespannung auch nicht einfach den Innendurchmesser berechnen ;(
Die Biegespannung habe ich durch den Auftrieb errechnet, habe ja den cp-Verlauf des Profils mit XFLR5 erstellt. Also Auftrieb mal Hebelarm(Spannweite) ergibt d. Moment an der Flügelwurzel. Die Biegespannung beinhaltet den Flächenträgheitsmoment, wofür ich ca 2 mm Wandstärke geschätzt habe. Nun wollte ich halt wissen ob diese 2 mm auch ausreichen, zuviel sind oder doch zuwenig? Aber danke für dein Input. :)

lg

ChForrer

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9

Mittwoch, 1. Dezember 2010, 12:26

Zitat

Original von Musti
ich habe vielleicht vergessen zu sagen dass die Spannweite 7m beträgt, die Flügeltiefe ca 45 cm, Rumpfgew ca 20 kg. Das was wir auf der FH bauen ist ein UAV. Also gibt es genaue Gewichtsbegrenzungen etc. und deswegen wollte ich halt wissen wie ich es schaffen könnte, einen sicheren Flügelholm mit dem niedrigsten Gewicht zu bauen. Ich hätte sicherlich kein Problem damit, das Rohr mit ca 3 mm Wandstärke zu bauen aber erzähl dies den Profs :D
Die von dir angegebenen 500 MPa kann man leider nicht für alle Rohre annehmen da es von vielen Faktoren wie Faservolumenanteil, Laminatdicke und und und abhängt.... Leider! Aber danke trotzdem für deine Lösungsvorschläge.
Dein Programm aber könnte ich immer wieder gebrauchen ;) , schicke dir eine PM. Danke

lg


Hallo Musti

da wird doch schon einiges etwas klarer ;) ... Also für so einen Fall würde ich nicht unbedingt ein Rohr als Hauptholm nehmen. Meine Erfahrung hat bisher noch keine wesentliche Vorteile gegenüber einer klassischen Holzausführung mit zwei Längsleisten die mittig "verkastet" sind (T-Profil) ergeben, im gegenteil solche flügel haben sich deutlich mehr durchgebogen und waren eher sogar etwas schwerer... ??? , erst wenn ich zwei übereinander liegene Rohre verbaut habe, hat sich die Sache als deutlich fester/steifer herausgestellt (sofern die beiden Rohrer gegeneinander fixiert sind gegen verschiebungen...)

Warum siest du für diesen Fall nicht eine CFK-Ausführung, analog einer Holzkonstruktion vor? Also oben und unten jeweils eine rechteckiger CFK- Leiste die hauptsächlich auf Zug/Druck belastet sind und dazwischen eine stehende senkrechte (dünne) Platte die fast ausschliesslich auf Druck belastet wird (T-Profil, oder beidseitig verkastet)...? So könntest die die Belastungsfälle vermutlich recht einfach auslegen da die einzelnen Bauteile nur in wenigen Richtungen Belastet werden... Die Torrosionskräfte lassen sich durch eine Beplankung von Nasenleiste bis Hauptholm sehr gut aufnehmen, oder mit Diagonalverspannungen zwischen den Rippen...


Gruss
Christrian
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