[Mechanica] impactsterkte

loussie

Hallo,

Ik moet een berekening maken over een zitje wat aan de muur wordt bevestigd.

Nu moet ik weten hoeveel kracht er op het zitje komt met een impacttest, als volgt:

Een kogel van 25 kilo wordt 250 mm boven het zitje losgelaten.

Mijn vraag, is het te bereken hoeveel newton er daadwerkelijk op zitje komt (niet im m/sec maar in Newton) ?zoja, hoe dan. Ik kom niet verder met alleen de formule van y=1/2 at2

Alvast bedankt,

Loussie

Jan van de Velde

Het antwoord is heel sterk afhankelijk van de vraag hoeveel het zitje c.q. de constructie onder het zitje meegeeft tijdens het afremmen van de kogel. Een beetje parallel aan de kreukelzone in de auto die zorgt voor een langere remweg waardoor de krachten op de inzittenden fors afnemen. Het maakt hierbij heel veel uit of het zitje een millimeter meegeeft, of een centimeter.

En wat betreft de bevestiging wordt het dan nog de vraag misschien wat die kracht dan betekent voor de bouten in de muur. Dat wordt dan een kracht x arm verhaal.

Wien Ee

Die kogel die van 250 mm wordt losgelaten heeft potentiële energie. Als de kogel door het zitje is opgevangen, dan zit de energie in de vering van het materiaal. Als je de veerconstante van het zitje kan berekenen, dan kan je met de formule voor veerenergie: E=½cu2 en F=c.u de kracht berekenen. Hierin is: c = de veerconstante; u = de uitwijking van de veer.

Dirk B

Het uitrekenen van de veerconstante voor een dergelijk zitje lijkt me niet simpel.

Met S=1/2 g*t^2 kun je t uitrekenen, vervolgens bepaal je de snelheid waarmee de kogel het zitje raakt met v=g*t.

Nu kun je met de impuls vergelijking F=m*v/(delta t) de kracht uitrekenen waarmee de kogel het zitje raakt mits je een goede inschatting kan maken van delta t, dat is de tijd waarin de kogel weer stil ligt nadat hij het zitje geraakt heeft.

Bij dit inschatten komt dan weer het verhaal van Jan aan de orde.

Je bent er nu ook nog niet helemaal, maar wellicht een eindje verder op weg.

loussie

Juist Jan, het gaat me er dus ook om de constructie van het zitje en ook zeker de bevestiging aan de muur.

Als ik weet hoeveel impact dat zitje krijgt, kan ik inderdaad het kracht x arm verhaal berekenen en heb ik dus wat ik weten wil.

Jan van de Velde

en die impact (laten we zeggen het ogenblik van maximale kracht) is niet te berekenen als we niet weten over welke afstand die kogel wordt afgeremd, ma.w. de botsafstand, m.a.w. de afstand (of de tijd) die de kogel erover doet om van het nét raken van het zitje tot volledige stilstand te komen.

Wien Ee

loussie schreef:Nu moet ik weten hoeveel kracht er op het zitje komt met een impacttest, als volgt:

Een kogel van 25 kilo wordt 250 mm boven het zitje losgelaten.

In praktijk wordt die 25 kilo door middel van een zogenaamde impactor op een stoel losgelaten. Die impactor bestaat uit een grondplaat, een aantal veren, en 25 kilo. Om de kracht te berekenen, zal je dan niet alleen de veerconstante van je zitje moeten weten, maar ook die van de veren toegepast in de imapctor.

Een meer gebruikte test is 50 kilo vanaf 12 cm (de test staat beschreven in de EN 581-1 voor buitenmeubelen, die helaas niet gratis verkrijgbaar is) Die 50 kilo bestaat dan uit een zak met kogeltjes. Ook dan heb je niet genoeg aan de veerconstante van je zitje, omdat die kogeltjes op het moment dat ze de stoel raken ook nog opzij kunnen bewegen, bovendien wordt er een laag schuim op het zitvlak van de stoel gelegd.

Tijdens het ontwerpen is het zonder zwaar simulatie programma nauwelijks te doen, de werkelijke krachten te bepalen die tijdens een impacttest ontstaan.

Nu is er een oplossing. In de beschrijving van de impacttest staat dat de resulterende kracht van de poten op de vloer niet meer mag zijn dan 2000 N. Zou die hoger zijn, dan behoort de impacttest van lagere hoogte te worden uitgevoerd. Als ik stoelen ontwerp dan reken ik ze, onder andere, door op statisch 200 kilo in het midden van de zitting. Een prototype maken, echte impacttest doen, en je hebt goed kans dat die het dan haalt, breekt het prototype toch, dan terug bij af, constructie versterken, nieuw prototype, opnieuw test... Zo zou je het ook kunnen doen met het zitje dat je aan het ontwerpen bent. Succes!

p.s.: ik weet niet of de testnorm voor binnenzitjes hetzelfde is als de norm die ik noemde. De testnorm is ook veel zwaarder voor stoelen die door iedereen gebruikt kunnen worden, dan voor stoelen die voor privé gebruik zijn.

loussie

Ik ben bezig met een opklapbaar wanddouchezitje voor senioren. Deze moet inderdaad aan bepaalde nen normen voldoen, er moeten ook verschillende keurmerken op. Ik heb een statische belasting van 150 kilo, daarbij komt nog de veiligheidsfactor overheen.

Wien Ee

Senioren laten zich vaak de laatste centimeters in een stoel vallen. Impactsterkte is juist voor deze groep heel belangrijk. Is het voor deze mensen privé, of voor openbaar gebruik? 150 Kilo statisch lijkt wel veel, maar voor openbaar gebruik nemen ze vaak hogere waarden. Kijk anders ook nog even naar de Europese normen. In de test laten ze die statische kracht en die impacttest op verschillende plaatsen los, waaronder enkele centimeter vanaf de voorrand van je stoel. Dat zal de situatie zijn waarin je de grootste faalkans hebt. Voor de impacttest zou je voor de zekerheid kunnen rekenen dat alle energie door de stoel moet worden opgevangen.

E=m x g x h= 25 x 9,8 x 0,25 = 61,25 [J]

Die energie moet dan door de vering van de stoel worden opgevangen (wellicht nog wat meer, omdat de stoel meeveert, en het gewicht dus wat dieper valt)

Hoe ziet je constructie er uit? Als het een aan één kant vastgehouden balk is, dan is het niet zo moeilijk de verplaatsing ten gevolge van een kracht te berekenen. Integreren van de kracht naar de verplaatsing geeft de opgenomen energie.

p.s.: omdat jouw zitje maar aan één kant vastzit, gaat een vereenvoudiging die ik in een voorgaande post noemde (doorrekenen op 200 kilo) hier niet op.

p.p.s.: post anders eens een tekening van de constructie waar je aan denkt, dan kunnen we die eens doorrekenen.

Jan van de Velde

E=m x g x h= 25 x 9,8 x 0,25 = 61,25 [J]

Die energie moet dan door de vering van de stoel worden opgevangen (wellicht nog wat meer, omdat de stoel meeveert, en het gewicht dus wat dieper valt)

De hamvraag is kracht, niet energie.

geeft de stoel maar een millimeter mee, dan is F= W/s = 61,25/0,001 = 61250 N

Daardoor zou er iets "krak" kunnen zeggen.

Wien Ee

Jan van de Velde schreef:De hamvraag is kracht, niet energie.

geeft de stoel maar een millimeter mee, dan is F= W/s = 61,25/0,001 = 61250 N

Formule voor een veer:

\(F=c.u \)

Formule voor veerenergie:

\(E_{\veer}=\frac{1}{2}cu^2\)

Zodat de formule voor veerenergie ook zo kan worden geschreven:

\(E_{\veer}=\frac{F^2}{2c}\)

Hierin is: c = de veerconstante; u = de uitwijking van de veer.

De potentiële energie van dat naar beneden vallende gewicht is:

\(E_{pot}=m.g.h\)

Waarin m = de massa, g = de valversnelling en h = de hoogte

Ik zie het zo: de potentiële energie wordt omgezet in veerenergie. Zodat:

\(\frac{F^2}{2c}=m.g.h\)

,anders geschreven:

\(F=\sqrt{2c.m.g.h}\)

De kracht F kan worden berekend als je de veerconstante van het geheel kent.

Jan van de Velde

De kracht F kan worden berekend als je de veerconstante van het geheel kent.

en dat is dus wat we al heel dit topic allemaal zeggen, in een of andere set woorden:

we kennen de veerconstante van die stoel niet, weten dus niet hoeveel hij meegeeft, kennen dus de "remweg" van dat testblok niet en kunnen dus de krahct niet berekenen

Wien Ee

we kennen de veerconstante van die stoel niet, weten dus niet hoeveel hij meegeeft, kennen dus de "remweg" van dat testblok niet en kunnen dus de kracht niet berekenen

Toch is zo'n formuletje voor het ontwerp waar loussie mee bezig is wel verhelderend. Ze zal de kracht als gevolg van impact zo laag mogelijk willen hebben, en dat is alleen te bereiken door de veerconstante van het zitje zo laag mogelijk te maken. Het hele zitje werkt als veer, en mag nergens stukgaan, ook niet bij de bevestiging aan de muur. Daar ontstaat als gevolg van kracht x arm een buigend moment. Een zitje ontworpen als driehoekige bladveer verdeelt de veer-energie over al het materiaal; dat is gunstig. Of wat ook kan: het zitje ontwerpen als een rechthoekige bladveer, waarvan de dikte evenredig met de wortel van de afstand tot de punt toeneemt. Ook dat is gunstig, de veerenergie wordt dan ook over al het materiaal verdeeld.

Ontwerpen is gewoon ook zo maar wat uitproberen, daarna doorrekenen of testen, en het ontwerp weer verbeteren. (iteratief dus)

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[Mechanica] impactsterkte

[Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte

Re: [Mechanica] impactsterkte