Berechnung von Flächenholmen

[Artur Blömker]

Hallo!

Bei "grenzwertigen" Belastungen (höchste Geschwindigkeiten) beruhigt es sicher ungemein, wenn (zumindest überschlagsmäßig) entscheidende Dinge wie die Festigkeit einer Tragfläche berechnet wurden. Wer selbst Flächen bauen möchte, muss ja wissen, wie breit und dick ein Holm werden muss, um die erhoffte Festigkeit zu erreichen.

Hier wird ja auch darüber gesprochen:

http://www.dynamic-soaring.de/forum/showthread.php?t=27&page=8

Ich habe meine Berechnungen mit dem Excel-Tool von Christian Baron gemacht - ich kann die Dateien ja mal durchschauen und berichten. Allerdings glaube ich, daß sich der Jaro deutlich mehr "eingearbeitet" hat, daher hoffe ich, dass er da ein wenig helfen kann.

Hier die Seite von Christian Baron: http://www.cb-roter-baron.de/

Direkt zum Download-Bereich: http://www.cb-roter-baron.de/downloads.html

Wer Lust hat, lädt sich die Datei "Holmauslegung mit Excel" einfach mal herunter.

Ich kann demnächst aber auch mal meinen "Senf" dazu kundtun, ein paar Screenshots kann ich machen von Ergebnissen älterer Berechnungen.

Gruss Artur

[leinad.w]

hallo artur,

ich habe bisher auch immer nur den gurt nach pi mal augen + fensterkreuz ausgelegt... :o

bisher habe ich ja noch keinen extrem-flieger gebaut und für meine "normal-belastungen" hatte es immer ausgereicht. plus dem biegen am flügel, was den bruch andeutet... :D

aber jaro hat schon recht, dass man relativ viel totes material in den flügelbaut, weil eine stelle dann brutal fest ist, aber eine andere halt nicht im verhältnis gesehen.

ich werde mich mit dem tool auch mal beschäftigen, wenn ich zeit finde... spätestens aber vor dem bau meines cfk-flügels... :) hoffe, es ist nicht so schwer zu verstehen... ;)

grüße aus hannover der daniel... :)

[flowmotion]

Bei "grenzwertigen" Belastungen (höchste Geschwindigkeiten) beruhigt es sicher ungemein, wenn (zumindest überschlagsmäßig) entscheidende Dinge wie die Festigkeit einer Tragfläche berechnet wurden.

Da stimm ich dir mal voll zu, Artur!
Ich habe bis jetzt meine Holme auch immer gerechnet.

Nur ich wollte mir diesmal die Rechnung sparen und statt mit Rovings mit Gelege arbeiten (Zeitersparnis).
Bei der Menge habe ich mir wirklich null Sorgen bzgl. der Belastbarkeit der Fläche gemacht.
Nach dem Telefonat mit Jaro...naja, ich werde es nun doch mal versuchen zu rechnen.

Ein Geleg auf einen Roving "runterzubrechen" um dies sauber mit einem der bekannten Programme zu rechnen ist aber doch schon ein höherer Aufwand als "nur" einen bekannten Roving einzutippen.

Mal sehen was herauskommt.

Jaro, vielleicht muss ich da dann doch nochmal deine Hilfe in Anspruch nehmen.
Was kostest du denn die Stunde? Dann stell ich dich lieber mal als Berechner ein !

Hannes

[Artur Blömker]

Jaro, vielleicht muss ich da dann doch nochmal deine Hilfe in Anspruch nehmen. Was kostest du denn die Stunde? Dann stell ich dich lieber mal als Berechner ein ! Hannes

Nix da - das muss er hier und öffentlich ganz ohne Knete machen .... :p:)

Ciao Artur

[Jaro_U]

Hätte ich in Hannes-Bau-Thread mal meine Schnauze gehalten... ;) :p

Zu der Festigkeitsauslegung von Flächenholmen selbst, möchte ich hier nicht näher eingehen - nur so viel: Das Rechnen mit Faserverbunden ist aufgrund der anisotropen Eigenschaften definitiv nicht einfach. Wer sich damit auseinandersetzten möchte, dem kann ich die einschlägige Literatur dazu empfehlen. Das hier mal eben in einem Forum zu diskutieren und für alle verständlich zu machen ist wohl nicht möglich.
Es gibt glücklicherweise nette Menschen, wie z.B. Christian Baron (an dieser Stelle ein herzliches Dankeschön dafür!) die sich die Arbeit gemacht haben und ein Excel-Sheet geschrieben haben, welches es jedem (auch ohne Vorkenntnisse) ermöglicht Flächenholme auszulegen.

Eine Festigkeitsberechnung ist immer theoretisch und von sehr vielen Randbedingungen abhängig! Besonders bei Faserverbundwerkstoffen und besonders in unserem Hobbybereich gibt es aufgrund der Verarbeitung (Faserondulation, schlechte Faserlagerung >> Vorschädigung, meist undefinierte Matrixeigenschaften usw. usw.) extrem große Unsicherheitsfaktoren. Hier kann der Modellbauer selber durch sauberes und durchdachtes Arbeiten eine Menge beeinflussen! Es ist also wichtig, neben aller Theorie, die in einem Berechnungsprogramm steckt, geeignete Abminderungsfaktoren für die Fertigung zu bedenken. Mit dem Sheet von Christian habe ich dabei im Praxisvergleich sehr gute Erfahrungen gemacht und behaupte, dass die Auslegung in meinen bisher durchgeführten Fällen sehr gut passte (mit vielleicht 1,2 bis 1,5-facher Sicherheit, 2-fache Sicherheit definitiv nicht!). Das sind aber rein subjektive Erfahrungen, die ich nicht durch Messungen belegen kann. Ich bemühe mich immer so sauber wie es nur geht zu bauen (Fasern als Gelege - möglichst gerade usw.), bei schlechterer Verarbeitung liegt die Sicherheit evtl. noch deutlich niedriger, wenn sie überhaupt noch vorhanden ist...

Umrechnung von Rovings zu Gelege (oder umgekehrt):

Ist prinzipiell ganz einfach! Bei unterschiedlichen Faserkennwerten aber vielleicht nicht mehr für jeden sofort ersichtlich. Ich habe mir gerade mal die Mühe gemacht und den ganzen Vorgang sauber in tex geschrieben. Siehe angehängtes PDF-File. Hier die Formeln hineinzuschreiben ist meist sehr unübersichtlich.

Auf Grundlage der letzten Gleichungen habe ich noch ein kleines Excel-Sheet erstellt, in der ihr diese Umrechnung durchführen könnt. Wichtig ist es natürlich die Kennwerte in der richtigen Einheit anzugeben!

Am einfachsten ist es, wenn ihr die Umrechnung auf einen Roving bezieht und dann in euer Berechnungsprogramm "einbaut": Einfach eine Spalte neben der Rovinganzahl einfügen und dort die Anzahl mit der Gelegebreite multiplizieren. So habt ihr dann sofort die notwendige Gelegemenge über der Halbspannweite.

@Hannes: Zu Deinem Gurt und der entsprechenden Umrechnung schreibe ich im Diva-Bau-Thread gleich noch was... (http://www.dynamic-soaring.de/forum/showthread.php?p=1725)

Liebe Grüße
Jaro

[Christoph Meier]

Moin,

hatte mich gestern abend noch etwas mit der Holmauslegung für die Ialomita beschäftigt und hierzu das erste mal das Tool von Christian Baron verwendet. Echt schön das er sich die Mühe gemacht hat... super tool!!!

Habe erstmal grob die Fläche eingegeben, werde heute abend noch mehr Stützstellen eingeben aber dafür muss ich nachmessen...

Sind die Eingaben die ich bei der Last gemacht habe realistisch? Ist ca 1,2 noch zuwenig? Welches Lastvielfache nehmt ihr an?

http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=663&stc=1&d=1226654835

Als Holmsteg möchte ich Kohleschlauch/Depron nehmen, kann man die Eingabe des Materials so lassen oder hat hier jemand geeignetere Daten?
http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=664&stc=1&d=1226655197

Das Ergebnis sieht mir - rein vom Bauchgefühl - für diese Belastungen als recht wenig aus, wobei ich auch mit diesen Fasern noch nicht gearbeitet habe... Verwenden bei den Pylons andere. Was sagen die Experten?! Was kann man verbessern, anders machen?
http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=665&stc=1&d=1226655197
Wenn man bei Anzhal der Rovings n: =Aufrunden((Brechnung),0) schreibt rundet Excel immer auf, und nicht z.B. 18,4 ab... Sicher nur ein Detail.

Ich habe am Ergebnis noch zwei Spalten eingefügt, die erste Berechnet die tatsächliche Anzahl der Windungen/Rovings: Ist doch richtig, dass das Programm meint wenn an der ersten Stelle 22 Rovings liegen und an der zweiten 19, dass an der ersten nur drei zusätzliche liegen und nicht 22+19+...?
Die Zweite addiert einfach nur die Länge der Rovings.

Gruß Christoph

PS: Dann noch eine andere Frage: Ich finde bei den Zulieferern immer nur HTS oder HTA Fasern, wo liegt hier der Unterschied? R&G gibt bei den HTS Fasern z.B. ein höhere Zugfestigkeit an (4300 MPa)

[Jaro_U]

Moin Christoph,

Sind die Eingaben die ich bei der Last gemacht habe realistisch? Ist ca 1,2 noch zuwenig? Welches Lastvielfache nehmt ihr an?

Die Eingaben sind ok. Das Lastvielfache berechnet sich aus dem Ca und der Modellmasse. Musst Du also nicht eingeben.

Das Ergebnis sieht mir - rein vom Bauchgefühl - für diese Belastungen als recht wenig aus, wobei ich auch mit diesen Fasern noch nicht gearbeitet habe... Verwenden bei den Pylons andere. Was sagen die Experten?! Was kann man verbessern, anders machen?

Das passt vorne und hinten nicht! Du hast die Kennwerte, die Grundlage der Berechnung sind, geändert. Das sollte man nur machen, wenn man sich sehr gut mit der ganzen Materie auskennt! Ansonsten lieber auf Christian Baron verlassen, seine Annahmen sind sehr gut und haben sich in der Praxis bewährt. Also nur die roten Eingabefelder verändern!
Nur kurz soviel: Du hast die Zugfestigkeit der Faser selbst eingegeben. Das ist ein theoretischer Wert, der sich nur auf die reine Faser ohne Luft dazwischen bezieht. In der Praxis hast Du ja Harz dazwischen, welches im Vergleich zur Faser nur eine sehr geringe Festigkeit hat - dann besteht also nur noch etwa die Hälfte (kommt auf den Faservolumengehalt an) des Querschnitts aus Fasern, weshalb sich auch die Zugfestigkeit "halbiert". In Wirklichkeit war sie ja nie größer: Theoretische Kennwerte <-> Praktische Kennwerte...
Rechne mit Christians Annahmen, dann bekommst Du realistische Ergebnisse! ...und wirst sehen, dass es eine ganze Menge Material wird, die Du für eine solche Auslegung in dem Flügel unterbringen musst. :eek:

[...] Ist doch richtig, dass das Programm meint wenn an der ersten Stelle 22 Rovings liegen und an der zweiten 19, dass an der ersten nur drei zusätzliche liegen und nicht 22+19+...?

Ja, das ist richtig!

PS: Dann noch eine andere Frage: Ich finde bei den Zulieferern immer nur HTS oder HTA Fasern, wo liegt hier der Unterschied? R&G gibt bei den HTS Fasern z.B. ein höhere Zugfestigkeit an (4300 MPa)

HTS und HTA sind zwei unterschiedliche Fasertypen. Hier findest Du einen Großteil der hergestellten Kohlefasern mit Ihren Kennwerten: www.swiss-composite.ch/pdf/i-Carbon-Fasertabelle.pdf
(http://www.swiss-composite.ch/pdf/i-Carbon-Fasertabelle.pdf)
Liebe Grüße,
Jaro

[Christoph Meier]

Aha, wie gut das man sich auf das Bauchgefühl verlassen kann. Hatte mich schon sehr gewundert. Wie rechnet man die Angegebene Zugfestigkeit denn um, wenn ich zB mit HTS Fasern rechnen möchte?!

Hier die orginale Eingabe:
http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=666&stc=1&d=1226664657
Wie stelle ich denn am Besten mit Depron mit Kohleschlauch in der Berchnung dar?

Und das Ergebnis:
http://www.dynamic-soaring.de/forum/attachment.php?attachmentid=667&stc=1&d=1226664657

Vielen Dank

Christoph

[Jaro_U]

Wie rechnet man die Angegebene Zugfestigkeit denn um, wenn ich zB mit HTS Fasern rechnen möchte?!

Da lässt sich nicht einfach was umrechnen... Die angegebenen 800MPa sind wahrscheinlich ein "Daumenwert" nach verschiedenen Abminderungsfaktoren. Genaueres kann Christian vielleicht dazu sagen. In der Praxis funktioniert dieser Wert ganz gut und liefert für HT-Fasern realistische Ergebnisse.
So eine Holmberechnung ist immer nur eine "Abschätzung". Damit kann man keinesfalls genau bestimmen wann so ein Holm reißt. Siehe mein Post weiter oben.
Du kannst jetzt für die HTS einfach 850MPa annehmen, oder 900, dann sagt das Programm Du brauchst ein paar Rovings weniger. Oder Du lässt alles so (empfehle ich) und freust Dich über einen etwas größeren Sicherheitsfaktor. Viel wichtiger, als die genaue Anzahl der Rovings in so einem Holm ist die richtige Abstufung, also das Stelle X nicht total überdimensioniert ist und Stelle Y dafür viel zu schwach. Ob nun max. 75 oder 80 in der Mitte liegen ist dagegen nicht SO wichtig. Damit kann man höchstens am Hang angeben... ;)

Mal ganz abgesehen davon, dass man für DS-Modell eigentlich eine Auslegung nach Steifigkeit machen müsste, anstatt nach Festigkeit. Ich habe schon länger vor dafür mal ein Berechnungs-Sheet zu schreiben, komme aber momentan nicht dazu. Vielleicht kennt ja auch jemand was Fertiges???? Wäre sehr interessant.


Wie stelle ich denn am Besten mit Depron mit Kohleschlauch in der Berchnung dar?

Bei Depron wählst Du am besten "Styropor PS20". Depron hat ja keine wirklich nutzbare Festigkeit für diese Anwendung. Das Excel-Sheet gibt Dir ja eine "Dicke der Stegwand" aus: Diese musst Du mit Deinen Kohleschläuchen über dem Depron erreichen. Achtung: Das Sheet gibt diese einseitig aus! Du müsstest in Deinem letzten gerechneten Fall also insgesamt 2 x 1,2mm = 2,4mm Kohlefaserlaminat senkrecht zwischen den Gurten erzeugen.

Ciao,
Jaro

[Christoph Meier]

Hallo!
So, Material ist bestellt und Form lackiert... Habe den Holm und RC auf den Flügel aufgezeichnet. Dabei wird es schon recht eng im Flügel hergehen :D Wobei das echt schon n hammer fetter Holm ist!

Sind die Angaben vom ca=1,2 realistisch oder schon recht hochgegriffen, welche Belastungszustand habt ihr angenommen? Jeder mm mehr Bauraum würde helfen ;)

Gruß Christoph