Springen naar inhoud

[Materiaalkunde] Draagkracht van een frame


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 18 oktober 2005 - 09:06

Hallo allemaal. Net nieuw hier. :shock:

Ik heb een buro volgens onderstaande schets.
plaatje

Het buro moet in totaal 180 kg (1800 N) kunnen dragen. Het gaat me hier om het frame, hiervoor wil ik in plaats van staal een kunststof gaan gebruiken (ABS of PC). Hiervoor moet ik natuurlijk weten of dit materiaal die 1800 N aankan. Het huidige frame bestaat uit 2 paralelle buizen van drie cm breed en 4 cm dik. Het nieuwe frame mag daar wel van afwijken, maar niet teveel.

Nu heb ik wel informatie vergaard over de buigsterkte (60 N/mm2) en de E-modulus (2500 N/mm2), maar ik kom er niet uit, hiervoor heb ik iets te weinig kaas gegeten van mechanica (hoort helaas niet meer bij onze opleiding ;) ).

Wie kan mij helpen dit te berekenen? Een uitgewerkte berekening zou prettig zijn, maar alleen met de methode ben ik al heel blij.
Bedankt!
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 18 oktober 2005 - 16:49

Ik weet even niet hoe ik het plaatje moet interpeteren?. Kijk ik er nou van de zijkant tegen aan? Waarom wil je nog een frame er tussen?, wordt het gewicht hier te groot voor en moet je extra steun hebben?. Buizen van 3cm breed en 4cm dik?, snap ik niet, Wat is de buitendiameter en wat de dikte van de buis?.

#3

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 18 oktober 2005 - 17:09

Het plaatje is een schematisch onderaanzicht. Het frame is nodig omdat het werkblad alleen bij een overspanning van 2 meter door zal buigen. (het werkblad wordt gemaakt van spaanplaat, MDF of volkern). De buizen waar ik het over heb zijn rechthoekig van doorsnede. 2 meter lang, 4 centimeter dik en 3 centimeter breed. Dit is echter geen informatie voor het rekenkundige deel, alleen om en idee te krijgen hoe groot het is.

Ik hoop dat ik hiermee duidelijker ben, ik vind het vaak moeilijk om zoiets te omschrijven.
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

#4

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 18 oktober 2005 - 18:01

De buizen waar ik het over heb zijn rechthoekig van doorsnede. 2 meter lang, 4 centimeter dik en 3 centimeter breed. Dit is echter geen informatie voor het rekenkundige deel, alleen om en idee te krijgen hoe groot het is.


Deze informatie is wel van belang om je weerstandsmoment tegen buigen (Wb) te bepalen.

Om een indicatie van de voor jou benodigde koker profiel te verkrijgen.
Moment = 1800 (puntbelasting?) * 0,5 * 2000 = 3600.000 N.mm (ik reken even in mm)
3600.000 = Wb * Toelaatbaar spanning (jou 60 N/mm²)
Resulteert in een Wb = 60000 mm³ / 2 (buizen) = 30000 mm³

Nu kun je in een staalprofielen boekje opzoeken bij kokerprofielen welke maatvoering van de koker overeen komt met deze Wb(x) van 30000mm³. Dit kan je ook uit een staalprofielen boekje halen om dat de Wb niet afhankelijk is van het materiaal.

Note: ik heb het even héél snel en simplistisch proberen uit te leggen, gezien de tijd, ik moet nu weg .......je moet eigenlijk ook even de maximale doorbuiging van kunststof opzoeken, dit is wel van belang.

#5

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 07:29

Allereerst bedankt. Maar ik snap het nog niet helemaal eerlijk gezegd.

Moment = 1800 (puntbelasting?) * 0,5 * 2000 = 3600.000 N.mm

Bedoel je met die 0,5 dat het om twee buizen gaat en dus de kracht verdeeld wordt?

Resulteert in een Wb = 60000 mm³ / 2 (buizen) = 30000 mm³


Hoe kom je aan die 60000 mm³? En wordt het weerstandsmoment in mm³ uitgedrukt?

Zoals eerder gezegd, ik heb nog niet veel kaas gegeten van mechanica...
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

#6

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 10:26

Ik zie nu dat ik een fout heb gemaakt, dat krijg je als je te snel wilt. Het is als volgt: Deze formules komen uit de "vergeet-me-nietjes" van de werktuigbouwkunde (ik was het zelf even kwijt dus). Een inklemming aan beide zijden levert met een puntlast de volgende formules op!.

Geplaatste afbeelding

Aangezien je 2 kokerprofielen wilt gebruiken kan je het benodigde weerstandsmoment tegen buigen (3E+10) delen door 2, of te wel 1,5E10 en krijg je dus “kleinere” profielen.

Maar ik heb even in een staalprofielen boekje gekeken en als je werkelijk kunstof (60N/mm²) wilt toepassen dan kan ik je dat bij deze waarden afraden. Voorbeeld; een koker van de volgende afmetingen 450 x 250 x 10 (grootste uit mijn boekje), heeft een weerstandsmoment van maar 1696*10³ mm³. Je komt dus flink te kort.

je had het over een buigsterkte of eigenlijk een toelaatbare spanning van 60N/mm², ik weet niet of dit de maximaal optredende spanning is wat leidt tot breuk. M.a.w. is deze 60 N/mm² gebaseerd met inachtneming van een veiligheidsfactor en ligt de daadwerkelijke breuk spanning hoger?. Dus waar komt deze 60 N/mm² vandaan, bron: leverancier? Kunststof is nou niet echt een constructiemateriaal en dan laat ik de doorbuiging nog buiten beschouwing. Mogelijkheid is om glazvezel versterkte kunststoffen te gaan toepassen maar verwacht hier ook geen wonderen van qua sterkte voor constructiewerken

Ik weet niet wat het voorwerp (lengte breedte) is wat 1800 N weegt ik ben nu uitgegaan van een puntlast. Anders moet je het een Q-last noemen (en dit is denk ik het geval) welke dus over een bepaalde lengte (breedte) een kracht oplevert over de lengte van je kokerprofielen. Als je het moment hebt berekend kun je bepalen wat de buigweerstand moet zijn van je profiel en hier horen dus afmetingen van het profiel bij. Hoe hoger het profiel des te hoger de weerstand tegen buigen. Weerstand tegen buigen komt altijd uit de hoogte van een profiel.

Waarom wil je eigenlijk het staal vervangen door kunststof (gewicht?)

#7

Onzejozef

    Onzejozef


  • >100 berichten
  • 124 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:07

Over je berekening kan ik niets zeggen, simpelweg omdat ik er geen verstand van heb.

Maar ik zou graag willen weten over welke stof jij het hebt: je noemt namelijk kunstof. En je zegt vervolgens dat kunstof niet echt een constructiemateriaal is. Laat duidelijk zijn dat er tal van 'kunstoffen' zijn die uitzonderlijk sterk zijn. Deze kom je dan ook niet voor niets tegen in allerlei constructies.

#8

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:24

Dankjewel.

Ik wil het vervangen omdat ik de milieubelasting wil verminderen. Staal veroorzaakt per volume een grotere milieubelasting dan de meeste kunststoffen.

Ik vraag me ook af of de buigsterkte hetzelfde is als het weerstandsmoment tegen buigen. Het weerstandsmoment wordt uitgedrukt in mm³, de buigsterkte in N/mm², evenals de E-modulus. Kun je me uitleggen wat het weerstandsmoment precies inhoudt?

Als ik kijk naar de E-modulus van ABS dan staat hier 2500 N/mm². Dit betekent dus (als ik het goed heb) dat het 2500 N per mm² doorsnede kan hebben voordat het deformatie begint te vertonen.
De buigsterkte van ABS is 60 N/mm². Dit houdt volgens mij in dat het 60 N per mm² doorsnede kan hebben voordat het de maximale buiging bereikt. Dit verschil in E-modulus en buigsterkte is mij ook niet geheel duidelijk. Welke van de twee is van belang voor mijn probleem?

Overigens komen mijn waarden uit het polytechnisch zakboekje.

Laatste vraag. De E die in je formules staat, waar staat die voor? Is dat een materiaal eigenschap (elasticiteitsmodulus) en moet ik dat vermenigvuldigen met de 1,8 (1e formule) en 3 (2e formule)?
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

#9

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:31

Maar ik zou graag willen weten over welke stof jij het hebt: je noemt namelijk kunstof. En je zegt vervolgens dat kunstof niet echt een constructiemateriaal is.  Laat duidelijk zijn dat er tal van 'kunstoffen' zijn die uitzonderlijk sterk zijn. Deze kom je dan ook niet voor niets tegen in allerlei constructies.


Ik weet ook niet om welk type kunststof het hier gaat de TP heeft het over een buigsterkte van 60 N/mm² en dit is nou idd geen stevig type. En idd, er zijn kunststoffen welke sterker zijn zoals ik al noemde glasvezelversterkte epoxy's etc, en natuurlijk de monocoques uit de F1 zijn van koolstofversterkte kunststoffen gemaakt. Maar als constructie materiaal ben ik er niet erg bekend mee, anders gezegd ik kom het in mijn dagelijks beroep nauwelijks tegen (dit zegt overigens niets). Maar voor grotere constructie (dus niet die van tuinstoelen en tafels en dergelijke) zie je het niet veel, maar misschien ligt dit in het feit dat een kunsstof constructie t.o.v. een stalen behoorliijk duurder is

#10

Onzejozef

    Onzejozef


  • >100 berichten
  • 124 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:35

Dat zou best eens kunnen. Volgens mij worden de 'sterkere' kunstoffen ook alleen maar specifiek gebruik (zoals kogelvrijge vesten, opslagtanks, helmen parachutes etc.) dus ik denk dat je ze daarom niet zo makkelijk tegen komt in constructies.

#11

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:38

Zie mijn voorgaande post. Ik heb het hier over ABS, ofwel Acrylonitril-butadieen-styreen. Dit is een terpolymeer van polystyreen. Niet dat dit de enige is hoor, polycarbonaat (o.a. gebruikt voor bouwhelmen) plexiglas of HIPS (High Impact Polystyreen) komen ook in aanmerking. ABS lijkt me echter op basis van de andere eigenschappen (brandgedrag, veroudering, prijs) een goede optie. De vraag is natuurlijk wel of het mogellijk is.
Anders kunnen andere kunststoffen in beeld waar additieven zijn toegevoegd om de andere eigenschappen te verbeteren.
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

#12

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 12:40

Ik vraag me ook af of de buigsterkte hetzelfde is als het weerstandsmoment tegen buigen. Het weerstandsmoment wordt uitgedrukt in mm³, de buigsterkte in N/mm², evenals de E-modulus. Kun je me uitleggen wat het weerstandsmoment precies inhoudt?


De buigsterkte die je opgeeft is een toelaatbare spanning die het materiaal kan hebben. Het weerstandsmoment tegen buigen bepaalt de afmetingen van je kokerprofiel welke dus bepaald wordt door jou toelaatbare spanning van 60N/mm²

Maar zoals ik al zei ik ben ik (door gebrek aan info van het gewicht 1800 N) uitgegaan van een puntbelasting van 1800 N. Dit mag ik niet doen als het gewicht bijvoorbeeld een bak is van 1m bij 1m gaat, maar, zoals ik al zei, ken het gewicht niet.

PS: de E is een exponent, v.b. 3E3 of te wel 3*10^3 is gelijk aan 3000, ik rekenen altijd graag in millimeters vandaar

#13

Ger

    Ger


  • >5k berichten
  • 16444 berichten
  • Technicus

Geplaatst op 19 oktober 2005 - 13:13

De 1800 N die ik beschrijf kan variëren. De eis is gesteld dat het 180 kg (incl. gewicht werkbladgewicht) moet kunnen dragen. Dit is geen puntlast; het wordt door het werkblad verdeeld. Tussen het werkblad en het frame zitten (per buis) 5 opstaande "puntjes". Op deze puntjes rust het blad.

Ik zit zelf ondertussen natuurlijk ook niet stil. Ik heb inmiddels gelezen dat materialen met een grote E-modulus stijf heten en materialen met een lage E-modulus slap. Staal (waar het huidige frame van gemaakt is) heeft een E-modulus van 20 Pa. Als ik het goed heb is dit 2000 N/mm². Als ABS een E-modulus heeft van 2500 N/mm2 en staal 2000, kan ik dat zeggen dat het frame DUS gemaakt kan worden van ABS?
"Knowledge speaks, but wisdom listens."
- Jimi Hendrix -

#14

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 oktober 2005 - 07:50

Ger,

De E-modules van staal bedraagt 210.000 N/mm² die van ABS bedraagt "slechts" 2.500 N/mm². Met de elasticiteit modules wordt de verhouding tussen spanning en rek opgegeven waarbij de elasticiteitsgrens niet wordt overschreden. De elasticiteitsgrens is de grens waarbij het materiaal bij het wegnemen van een belasting in zijn oorspronkelijke vorm terugkeert, er treedt dus geen plastische vervorming op (blijvende vervorming). Zoals ik al zei, de meeste niet gewapende kunstoffen zijn niet geschikt voor constructies die onder een werkbelasting komen te staan. Wil je de tafel toch van kunstof maken dan zou ik je aanraden om de glasvezel versterkte epoxy’s toe te gaan passen deze kunststoffen hebben bijna dezelfde eigenschappen als staal qua sterkte en stijfheid.

#15

Helly1975

    Helly1975


  • >250 berichten
  • 767 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 oktober 2005 - 10:06

Ger,

Ik zie dat mijn laatste berekening is gebaseerd op de lengte tot de 3de macht. Ik heb echt geen idee hoe ik dat er in heb gekregen want het slaat echt nergens op en het is ook een belachelijke fout!.

Bij deze de (her) berekening

Geplaatste afbeelding


Nogmaals mijn excuses voor mijn eerdere fout. Het feit dat het om slechts 180 kg op 2 meter had mij al moeten "triggeren" op die belachelijke Wb(x).





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures