Sziasztok
Két héttel ezelőtt kiszámítottuk a gördeszka-keretünk terhelését, a múlt héten áttekintettük a számokat, és úgy döntöttünk, hogy a szénszálas csövek keretünk építőkövei. Ma az aktuális csöveket választjuk majd.
A struktúrára alkalmazott terheléseket a belső belső feszültségek kiegyensúlyozzák, ez azért történik, mert mindennek egyensúlyban kell lennie. A feszültségek az erőegységeket területtel osztva. Minél magasabb az alkalmazott terhelés, annál nagyobb a feszültség, annál nagyobb és nagyobb a szerkezet, annál kisebb a feszültség. Ez miért fontos? Kiszámíthatjuk a feszültségeket. Miután ismerjük a stresszszinteket, a megfelelő anyagokat és dimenziókat választhatjuk ki céljainkhoz. Minden anyagnak olyan feszültségszintje van, amelyet elfogadhat (megengedhető) és a feszültségszintet, amelyen megszakad (törés). Bármit is választunk, ellenőrizni kell, hogy a meglévő stresszszintek alacsonyabbak-e a törési stressznél.
Ez minden? Nem egészen. Mint minden valós probléma esetében, a végső megoldás kompromisszum a több követelmény között. Nem tudunk mindenkit boldoggá tenni, de olyan megoldást tervezhetünk, amely kielégíti az összes követelményt, és végül mindenki majdnem boldog lesz. Szóval, mi van a feszültségeken kívül? Biztonsági tényezők, merevség és a kapott tömeg is léteznek. Mindegyikével foglalkozunk.
kellékek:
1. lépés: Biztonsági tényezők
Mi a biztonsági tényező?
Képzeld el, hogy parkpadot tervezel. Az összes számítást, ellenőrzést, tesztelést és építetted. A szerkezetet és az anyagokat úgy választotta meg, hogy a maximális terhelés 200 kg legyen, ami azt jelenti, hogy 200,1 kg körül törik. Ez volt a célod, és elégedettek az eredménnyel. A padot a parkba vitte, tedd a kijelölt helyszínre, és egy nagy jele, amely azt mondja: „Maximális terhelés - 100 kg”. Éppen létrehozott egy biztonsági tényezőt (FS) a 2. FS az arány a törés feszültség / terhelés és a meglévő feszültség / terhelés között.Miért használnánk ezeket a tényezőket? Ennek az az oka, hogy az összes olyan dologról számol be, amit nem tudunk. Bár mindent megteszünk a terhelések becsléséhez és a helyes anyagtulajdonságok kiválasztásához, mindig vannak bizonytalanságok és dolgok, amiket nem tudunk. Annak érdekében, hogy a bizonytalanságok ellenére tervezzünk és hozzunk létre, biztonsági tényezőket valósítunk meg. Mi a lefelé? Ez általában a szerkezetnek a kapott tömege. A magasabb biztonsági tényezők több anyagot és ennélfogva nagyobb tömeget igényelnek. Fontos megjegyezni, hogy a biztonsági tényezők a tervezési követelmények. A mindennapi életünkben megtaláljuk a legkevesebb szükséges biztonsági tényezőt a repülőgépiparban, ahol a tömeg rendkívül fontos. A legmagasabb biztonsági tényezők a polgári építmények, ahol mindig más tonna vagy két betont használhat az épület erősebbé tételéhez.
2. lépés: Merevség és a teljes tömeg
Mi van a merevséggel? A merevséget úgy tekintjük, mint a szerkezet „rugósságát”. Emlékszel, hogy a tudományos osztályban játszik a rugókkal? A rugó kiszélesedik vagy összenyomódnak, amikor erőt alkalmaz. Esetünkben a keret rugalmas elhajlása vagy meghajlítása áll, ha rajta állunk. A merevséget az alkalmazott terhelés és a kapott elhajlás aránya határozza meg. Ez miért fontos? Ha tudjuk, hogy milyen elhajlást érünk el, úgy kialakíthatjuk a struktúrát, hogy megfeleljen ennek a követelménynek. Nem akarunk túlságosan rugalmas keretet - nagyon kényelmetlen lesz lovagolni, másrészt a túl merev szerkezet is nem kívánatos - minden útszakaszt érezünk. Érdekes dolog az, hogy ezt a tulajdonságot használjuk, hogy megszüntessük a végtermék csillapítóit, a keret rugalmassága a csappantyúnk, nulla többletköltséggel és hozzáadott tömeg nélkül.
És a kapott tömeg? Nos, a lehető legkönnyebb megoldásra törekszünk, a többi követelmény kielégítésével együtt.
3. lépés: Követelményeink és szénszálas tulajdonságai
Most jó ideje meghatározni tervezési követelményeinket, a következőkre törekszünk:
- Három párhuzamos cső a fő fedélzeten. (Ver.0 hivatkozásként).
- A csövek szabványos méretei.
- Minimális biztonsági tényező 2 a töréshez.
- Elhajlás a keret közepén, legfeljebb 30 mm-rel a maximális terhelés alatt.
- Minimális tömeg.
Először értsük meg a széncsövek anyagjellemzőit. A szabványos csöveket számos gyártó gyártja, de a szálak viszonylag kevés gyártótól származnak. A világ egyik vezető gyártója a japán Toray. A T300 a Toray által gyártott szál típus, amely messze a világ legelterjedtebb és legismertebb rostja. Nagy esély van arra, hogy a szabványos szénszálas csövet, amit megnéz, a T300-ból 3k-os vontatási számmal készítenek. Nézzük meg a szál tulajdonságait. Vegye figyelembe, hogy az adatlapon két rész található: a szálak és a kompozit anyag esetében. Az utóbbi érdekel. Figyeljük meg, hogy ezek a hozzáadott epoxi miatt alacsonyabbak a tiszta szálnál.
Az adatlapon szereplő számok az ideális tulajdonságok, és a gyártók nem tudják garantálni. Annak érdekében, hogy biztonságosan lehessen, 30% -kal leüti ezeket a tulajdonságokat - ez általában nagyon reális.
A fenti táblázatból két szám van, amelyek közül a szakítószilárdság, a törési feszültség, és a szakítómodul, amely az anyag rugalmassági tulajdonsága. A többi szám a későbbiekben releváns lesz. A leütés után a következő számokat kapjuk: 125 kg / mm ^ 2 a törési feszültségre és 9276 kg / mm ^ 2 a rugalmassági modulusra.
4. lépés: Terhelés és keresztmetszet
A feszültségek kiszámításához az 1. esetből a következő számokat fogjuk figyelembe venni:
L = 86cm = 860 mm - a keret hossza
M = 25,9 kg.m - Max. hajlító nyomaték
V = 60 kg - Max. nyíróerő
Itt származtunk.
A leghosszabb keret figyelembevételével biztonságosan, a terhelések és a keret hosszának változása mellett leszünk.
Mi a legfontosabb dolog, amikor olyan struktúrát keres, amely támogatja a terhelést? Ez a keresztmetszet. A keresztmetszet egyszerűen a terület és az alak, amelyet a szerkezet „vágásakor” kapunk. Esetünkben a cső esetében egy gyűrű látható belső átmérővel (ID) és külső átmérővel (OD).
Ismert átmérőkkel két fontos értéket tudunk kiszámítani: a keresztmetszet területét: A, és az inercia pillanatát: I. Lásd a képeket tartalmazó képleteket.
A terület egyszerű, de mi a tehetetlenségi pillanat? Ez az érték azt jelzi, hogy mennyire ellenáll a keresztmetszet a hajlításnak, más szóval - mi a geometriai merevség a hajlításhoz. Ha például egy egyszerű acél vonalzót vesz fel, nagyon könnyű az egyik irányba hajlítani (vastagsága), és a másodikban (szélesség) szinte lehetetlen. Ennek oka, hogy a szélesség iránya sokkal nagyobb tehetetlenségi nyomatékkal rendelkezik.
Most itt az ideje, hogy kiszámítsunk néhány feszültséget. A hajlítási és nyírási feszültség képletek a képekhez vannak csatolva. Az alakváltozást a "Roark-féle stressz és törzs képletek" képlettel számítjuk ki.
5. lépés: Eredmények
Nézzük meg a fenti táblázatot.
Először is, miért ezek az átmérők? Ezek a standard méretek, amelyeket a különböző gyártóktól találunk. Az előny nyilvánvaló, egy könnyen elérhető termék, és nincsenek további fejlesztési költségek.
Ha felülről lefelé - kis átmérőjű csövekből nagy átmérőjűre nézünk, láthatjuk, hogy az első kettő nem felel meg a biztonsági tényező vagy merevség követelményeinek, vagy mindkettőnek. A legkisebb átmérőjű cső, amely mindkét követelményt kielégíti, a harmadik: OD = 18mm, ID = 14mm.
Természetesen a nagyobb csövek is működnek, de nagyobbak és ennélfogva nehezebbek. Ne feledje, hogy sokkal merevebbek és nem akarjuk. A legjobb hír az, hogy ezek a három cső együttesen kevesebb, mint 400 gr-ot fognak súlyozni!
Gratulálunk, választottuk a használni kívánt széncsöveket!
Legközelebb meglátjuk, hogy mit lehet tenni a keret végegységeivel.
Kérjük, látogasson el hozzánk és jegyezze fel a levelezési listát.
Link az eredeti bejegyzéshez.
Élvez,
Dani
