Bombentrichter
Sonstiges => Laberecke => Topic started by: einerOhneAhnung on June 25, 2005, 06:31:59 pm
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Hi,
"Das Spielzeug" (http://www.powerskip.de/Startseite3.html)
möchte ich nachbauen. Dafür brauche ich ja die Blattfeder...Jetz weiß ich wie schwer ich bin und kenne den E-Modul der Fasern. Um die Feder richtig zu dimensionieren brauche ich aber ihre Dicke, weil ich ja eine gewisse Federkraft erreichen will.
Nehmen wir an (damit ihr was zum zerflücken habt :rolleyes:) ich wiege so 75 Kilo, das macht pro Schuh knapp 38 Kilo. Unter dieser Belastung soll der Schuh ca. 100mm eintauchen. Die Feder ist 80mm breit und ihre Dicke frei veränderbar.
Nun muß ich die Feder so dick machen, damit sie ziemlich genau diese Anforderung erfüllt. Aber da überschreitet die Geometrie am Schuh meine TechMech Kenntnisse.
Brauch also einen Ansatz wie ich die Feder auslegen kann... :)
hoffe ihr könnt mir helfen und diese erklärung kommt besser ;)
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ääähhhmmm ... is zwar aus einem anderen Kontext - gilt hier aber genau so: wie stelle ich die richtigen Fragen? (http://www.lugbz.org/documents/smart-questions_de.html) ...
also nicht nur fragen - wirf uns was zum Zerpflücken vor ... wenigstens eine Idee der Berechnung!!
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Da blickt doch keiner durch!!!
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Ein paar Gedanken von mir zu deinem "Problem":
- Ich kann es eigentlich nicht verantworten, dass du dir diese Feder nach irgendeiner Formel auslegst, die hier jemand postet (könnt ja sonstewas passieren, will damit aber keinen was unterstellen wenn er hier eine Formel postet).
- Des weiteren bin ich der Meinung, dass das Problem zu komplex ist um dir hiermal kurz die Antwort zu erklären/schreiben. Auch wird sich wohl keiner die Zeit nehmen, um für dich ein Lösung zu erarbeiten (ja sorry aber da hab ich ne Menge andere Sachen zu tun, die wichtiger sind)
- Wenn du dein 4. Semester abgeschlossen hast, solltest du eigentlich die Grundlagen haben um dir selbst überlegen zu können, wie die Rechnung sein könnte (ansonsten wähle als Vertiefungsrichtung Angewandte Mechanik ;) ).
Ansonsten noch viel Erfolg und
Hals und Beinbruch ;)
Kessel
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Originally posted by Kessel@25.6. 2005 - 23:27
Hals und Beinbruch ;)
wie wahr, wie wahr ;-)
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jo jo,
da erklär ich den Versuch in dieem Forum als gescheitert. Apropos: die GFK-Feder bricht nicht einfach so durch, sondern sie wird mit jedem Lastwechsel immer weicher, bis sie irgendwann keine Spannung mehr hat...
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Wir haben in einem ME-Beleg Druckventile bauen müssen. Dabei ging es darum, dass sich die Feder bei einem bestimmten Druck um einen bestimmten Betrag zusammen drückt. Eine Berechnung findest du sicher beim Muskeltier unter "Sammlung Ventile"
Allerdings waren das stink normale Spiralfedern
Aber ganz allgemein:
Federkraft=Ferderkonstante*Federweg
Federkraft ist dann Masse * Erdbeschleunigung und unahängig von der Geometrie deines Schuhs
Aus der Norm suchst du dann eine Feder, die der errechneten Federkonstande entspricht. Aber ob es für sowas Normen gibt?
Ach ja: Die beiden Federn sind parallel angeordnet. Da musst du mal gucken, wie die Federkonstanten zusammengefasst werden.
Oder begehe ich dabei einen Irrtum? :huh:
Sicher ist das noch viel viel komplizierter.
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ich wiege so 75 Kilo, das macht pro Schuh knapp 38 Kilo
ich würde die federn jeweils auf 75kg + sicherheit auslegen.
wenn du läufst, hast du ja auch nicht nur 38kg auf einem bein.
und stell dir vor du verlierst mit dem ding das gleichgewicht und kannst nur auf einem bein landen. na dann wünsch dir
Hals und Beinbruch ;)
viel erfolg weiterhin.
vielleicht spingste mir mit den dingern sogar mal übern weg :P
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Ich möchte nur anmerken, dass schwingende Systeme nicht über die
Gewichtskraft ausgelegt werden. Vielmehr interessiert Deine Sprung-
höhe und die damit verbundene Trägheitskraft, die auf Deine Feder
wirkt. Dein Körpergewicht sollte die Feder durch die statische Ruhe-
lage kompensieren --> Anfangszusammendrückung / Biegung. Danach
kommt noch Deine Amplitude von 10 cm dazu.
Falls Du z. Bsp. aus 2 m Höhe aufkommst, dann kennst Du noch die An-
fangsgeschwindigkeit v_0=(2*g*Höhe)^1/2, die auf die Feder wirkt. Das
ist die Eingangsgröße. Die Feder ist das unbekannte System. Die Amplitude
dagegen die Ausgangsgröße.
Normalerweise könntest Du über die Balkentheorie das Querschnitts-
problem lösen, wenn die Kinematik, d. h. die Verformung der Feder linear
wäre. Leider ist das nicht der Fall bei Deinem Problem.
Deswegen empfehle ich Dir, dass ganze mit FEM zu rechnen. Nimm Balken-
elemente (BEAM), gib die Anfangsgeschwindigkeit ein, und lasse Dir die
Amplitude ausgeben. Stelle nichtlineare Geometrie ein. Variere dann den
Querschnitt so lange, bis die Amplitude passt. Müsste klappen.
Danach sollte sich noch eine quasistatische Berechnung anschließen, um
festzustellen, ob die Spannung an keiner Stelle in der Feder die Streck-
grenze Rp02 überschreitet, sonst verformt diese sich bleibend oder
bricht. Dabei musst Du die Trägheitskräfte als Lasten berücksichtigen. (..deswegen quasistatisch..)
Viel Erfolg.
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Hi Jungs. :flower:
Bleibt doch am Boden der Realität und macht ein ordentliches Projekt!
GFK und FEM ist schon ganz gut.
Mit der wundersamen Ungenauigkeit der Werkstoffwissenschaft bezüglich Verwundwerkstoffe und einer tollen FEM kommt, wo ich doch nicht einmal das Projekt spezifiziert habe, in einem langem, aufwändigen Projekt nur eines heraus:
Heisse Luft.
Und das können die BWLer auch.
Also erstmals zurück an den Start, diesmal mit
-Papier,
-Taschenrechner,
-Radiergummi,
-Lineal und
-(mindestens) einem gespitzten Bleistift.
Die Belastung sind dynamisch und können erst (Gewicht, max. Sprunghöhe, Sicherheit) nach dieser Spezifikation in statische Belastungen umgerechnet werden.
Das kann man auch ohne Wissen der Kinetik ganz gut rechnen/spezifizieren.
Dann machen wir alles, was gut und billig ist, und was wir beim Papa Balke/Göldner gelernt haben
-Druckbeanspruchung am gebogenen Träger, mit Stäben dazwischen, mit mittiger Belastung
-Analog mit außermittige Belastung
-Analog mit Torsionsmoment dazu
- etc.
Überall Biegung, Spannungsverlauf, Schub, Torsion etc., ganz normal nach Festigkeit durch- und ausrechnen und zu einem Zwischenergebnis superponieren.
Somit ist der erste Bleistift schon weg.
Mit dem zweiten Bleistift das ganze nochmals, tippel, tappel tour, diesmal mit veränderlichem Querschnitt der „Feder“, passend zu den oberen Ergebnissen.
Also mach mal ganz brav Deine Hausaufgabe(n).
Zum Rechnen durchaus interessant.
Grüße
DIGIT
:limes_0:
Nachtrag:Wenn schon, dann würde ich in die Spezifikation/Überschlagsrechnung das System erweitern und ebenso das Knie mit einbeziehen.
Dort werden Kräfte auftreten, dass Dir ganz schwummrig wird – und das wird sich auch mit FEM, etc. nicht ändern.
Notruf 112.
Ist aber nicht schlecht, weil mit 12 Wochen Gipsverband, der Chirurg wird seine Freude haben, hat man genug Zeit, die ganze Schosse nochmals durchzurechnen.
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:lol:
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@DIGIT:
Nicht so bissig! Wenn er ein Interesse daran hat, seine TechMech Kenntnisse mal zu testen und derart anzuwenden, dann ist das doch nicht so schlecht oder? B)
@einerOhneAhnung:
Mit Papier und Bleistift wird das wohl nicht so wirklich was werden. Gebogene Geometrie mit Werkstoffkompositen unter dynamischer Belastung... ganz schoen kniffelig!!!
Eine FE Rechnung bringt schon was, allerdings sollte die dann nichtlinear erfolgen. Auch wenn du die Federsteife der CFK-Feder hast, wird dich das nicht sehr weit bringen. Die genaue Geometrie, die richtigen Elemente (sollten Schubfelder beruecksichtigen koennen, quadratische Ansatzfunktionen besitzen und hinsichtlich des Materials Moeglichkeiten bieten, nichtlineares Verhalten zu beruecksichtigen, usw.) und dann auch noch einen geeigneten Loeser wirst du dafuer benoetigen. Sicherlich wirst du nicht ueber die entsprechenden Hard- und Softwarevoraussetzungen verfuegen. Das Material birgt zusaetzliche Schwierigkeiten. Auf der Seite, die du da angegeben hast, wird auf Ermuedungserscheinungen hingewiesen. Ein Materialgedaechtnis dem FE-Programm beizubringen geht zwar, entzieht sich jedoch meinen Faehigkeiten :blink: !!!
Ich rate:
Fuer ueberschlaegige Rechnungen kannst du ANSYS bewegen. Vorsicht aber bei dem Material! Bau ordentlich Sicherheiten ein. Verwende keine BEAM3 Elemente (@Christfried: sind ebene Elemente ohne Schub ;) mit linearen Ansatzfunktionen)!
Probier es aber mal aus. Ich wuerde mich schon fuer deine Ergebnisse interessieren. Und abschließend noch was:
Respekt vor deinem Interesse an der Dynamik und der Festigkeit von Konstruktionen aus faserverstaerkten Materialien!!!
beste Grueße
der Nick
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Ja, Nick :flower: , Du hast Recht.
Ich wollte im Beitrag den Respekt an der "Angewandten Mechanik" zum Ausdruck bringen und habe den entsprechenden Respekt für alle, die auch auf dieser Seite kräftig mitkämpfen.
Zweifellos ist die Angewandten Mechanik das Wichtigste, alles andere wird zugekauft.
Jedoch wollte ich eines zum Ausdruck bringen:
Zuerst kleine Brötchen backen - und mal mit Bleistift schauen wo ich denn liege.
Prinzipiell können wir alles mit der Hand mal durchrechnen, an der Krümmung solls nicht scheitern. Ganz schoen kniffelig, da hast Recht, Nick :flower: , aber immer noch normale Festigkeitsrechnung (im Sinne der angew. Mech)
Dann, Nick :flower:, im zweiten Schritt gehts los mit all den wunderbaren Sachen und schwerem Geschütz die wir von der Mechanik bieten können: Ansys und alles - und dann kriegen wir auch den Werkstoff ordentlich hin.
Wär doch was für die Sommerferien !
Machst Du den zweiten Teil ?
Grüße
DIGIT
:limes_0:
PS:
Als Werkstoff schlage ich "über den Daumen" vor:
Ein Sägeblatt einer Pendelsäge aus dem Sägewerk.
PS 2:
@
Zum Test auf Dauerbruchfestigkeit kannst Du, einerOhneAhnung :flower: ja schnell einen Prototypen bauen und ein bisschen ( 10 hoch 6) mal hüpfen. Wir rechnen in der Zwischenzeit alles durch...
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@DIGIT: Dann machen wir einen Deal:
Du zeichnest mir eine CAD-Zeichnung mit allen wichtigen Maßen, dabei die entscheidenden Kruemmungen nicht vergessen. Versuch so viel wie moeglich zu parametrisieren. Also was ich meine ist, dass du dir eine charakteristische Laenge aussuchst und die weiteren davon abhaengig machst. Das macht mir die Umsetzung in der FE-Software leichter.
Ich werde dann versuchen, wenigstens mal eine Rechnung durchzuhacken. Leider bin ich zur Zeit wegen Diplomarbeit und Uebungsgruppen ein wenig eingespannt, aber ich muss mich auch in MARC einarbeiten und da kann ich das vielleicht verbinden.
Es wird sicherlich Spaß machen. Was sagst du dazu??? :blink:
beste Grueße
der Nick
p.s.: @DIGIT: Da du ja bereits Berechnungsingenieur bist, wirst du auch sicherlich wissen, was ich mit Parametrisierung gemeint habe!?! In Sachen Netzgenerierung waere das schon ein wichtiger Fortschritt.
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Hallo HüpfBruchPiloten :flower:
Hi Nick :flower:
Danke, Nick, ich bleibe derzeit noch gerne bei Papier und Bleistift, weil ich so den schönen SommerSonnenAbendWind an der Elbe geniessen kann.
Grundlage der ersten Dimensionierungsberechnung - erstes Primitivmodell als Grundlage für weitere Modellierungen:
Ein Träger sei einer Wand fest eingespannt und beschreibe nach rechts unten einen Viertelkreis.
Nomenklatur und Richtungen, gesehen in der Zeichenebene
Viertelkreisbogen nach rechts unten geneigt.
r Krümmungsradius des Bogens
Koordinaten: z nach oben, x nach rechts, und y nach hinten.
Am Ende des Bogens wirken folgende Kräfte:
Ft in Richtung y, "seitlich vom Knöchel her, wirkt in die Zeichnung hinein"
Fn in Richtung -x, "Reaktionskraft der Gewichtskraft, wirkt in der Zeichnung nach links"
Fz in Richtung z, "in Richtung Ferse zu Zehen, wirkt in der Zeichnung nach oben"
Ft in Richtung y "seitlich vom Knöchel her" erzeugt zusätzlich zum Biegemoment auch ein Torsionsmoment.
Die anderen Kräfte erzeugen nur Biegemomente.
Momente wie folgt:
(1) Torsionsmomente
Mt(Ft) = r(1-cos(phi)) mit max an Laststelle
(2) Biegemomente
Mb(Ft) = Ft r sin(phi) mit max an Einspannstelle
Mb(Fn) = Fn r sin(phi) mit max an Einspannstelle
Mb(Fz) = -F z r( 1 - cos(phi) mit max an Laststelle
Somit: Kritische Punkte für die Spannung in diesem ersten Primitivmodell offensichtlich an der Laststelle und an der Einspannstelle.
Maximale Spannungen
(1) Torsion
tau_max = Mt_max / W_max mit 1/W = 1/Ip * y_max (hier Ip) (Nacharbeit notwendig)
(2) Biegung
sig_max = Mb_max / W_max mit 1/W = 1/Ix * y_max (hier Ix bzy Iy) schön berechenbar
Maximale Spannungen für Rechteckquerschnitt für die "Gewichtskraft" Fn
sig = 6*Fn*r/h*h*b bzw. h = Wurzel (6 Fn r / sig B) an der Einspannstelle
Zahlenbeispiel: (für den Viertelkreis)
F = 1,5 kN; r = 400mm, h=12 mm, b = 5 mm ergibt sig = 500 N/mm2.
Bei einer Länge von 800 mm ist V=480 cm3; und ein solcher Bogen wiegt dann 3.6 kg.
Aber ich würde es wagen, mich da draufzustellen und ein bisschen zu wippen.
Ausblick, Fragen, nächste Schritte:
:) Modellierung
- Die Aufhängung für die Füße muss noch eingearbeitet werden, im nächsten Berechnungsschritt hier Stäbe einbauen,
- Ist hier ein Hebel in der Mitte der Fußsohle ? Schwierig zu erkennen !
- Einen kreisrunden Querschnitt habe ich verworfen. Sieht doof aus.
- Elliptischer Querschnitt denkbar und hübsch anzusehen
- Torsionsmoment für Rechteckquerschnitt einarbeiten
- Wenn die Feder eine "Sichelform" hat, dann kann man sie trotzdem (händisch) rechnen. Kein Problem.
:) Grundlegende Dimensionierung
- Radius der Feder
- Bogen als Kreis- oder als Ellipsenabschnitt
:) Belastungs-Szenario und Sicherheiten:
- Wie setzen wir das Belastungs-Szenario an ?
- Gehen wir mit den angenommenen Kräften rauf oder mit den zulässigen Spannungen runter ?
- Dynamische Belastung
- Schwingende Belastung
:) Geeignete Werkstoffe suchen:
- in einer einfachen Lösung einen geeigneten (Feder-)stahl festlegen
- Werkstoffparameter für Verbundstoffe spezifizieren Festigkeit - Elastizität - Dichte
- Einfluss der "Federkraft" bestimmen "butterweich", "stocksteif".
- Kann man die Federwirkung irgendwie verstellen ?
:cry: Testpersion finden
Grüße
DIGIT
:limes_0:
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Anbei eine Beschreibung und Konstruktionsskizzen.
Beschreibung und Konstruktions-Skizzen (http://v3.espacenet.com/textdes?DB=EPODOC&IDX=EP1196220&F=0&QPN=EP1196220)
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Moinsen,
also ich waere wirklich dankbar, wenn das Teil mal jemand in einem CAD-Programm baut. SolidWORKS oder sowas sollte ja fuer euch kein großes Problem darstellen. Wird ja auch witzig aussehen, kann ich mir zumindest vorstellen.
@DIGIT: Wenn du dir die Fotogalerie auf der Seite des Herstellers anschaust, dann bekommst du einen Eindruck ueber die Belastungen. Die springen zum Teil über zwei Meter hoch.
Und noch was: Wo liegt denn bitte bei dir genau der Unterschied zwischen dynamischer und schwingender Belastung :huh: B) :blink: :flower: :innocent: ;) ???
Kleiner Scherz!
Gruß vom Nick
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Detailskizze
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Danke auch.
Das sind aber wirklich mal ordentlich große Verformungen, da kommen wir nur mit hoeherer Theorie zurande.
Da muss ich mich ja wohl noch extra schlau machen, welche Elemente da verwendet werden muessen.
Das scheint ganz schoen auszuarten.
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ordentlich große Verformungen
Die Skizze ist sicherlich bei Weitem übertrieben.
Ich lass mich dadurch nicht drausbringen und rechne halt mit einem krummen Bleistift weiter... ;)
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Also auf der Zeichnung sieht das aus wie eine stink normale Spiralfeder. (die vielleicht sogar als gerader "Balken" geliefert wird)
Seid ihr euch sicher, dass ihr da nicht mit Kanonen auf Spatzen schießt?
Und wenn ihr eine wunderbare geometrie ausgerechnet habt, müsst ihr euch dann Gedanken machen, wie ihr das ganze hergestellt bekommt.
Federn werden ja im Allgemeinen nicht spanend gefertigt, weil da die Gefahr von Mikrorissen zu groß ist. (grade in diesem speziellen Fall)
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Seid ihr euch sicher, dass ihr da nicht mit Kanonen auf Spatzen schießt?
Nu freilsch.
Wir wissen zwar nicht was wir tun, aber wir sind schneller dort.
Vom ersten oben genannten Primivmodell abgeleitet das zweite Primitivmodell:
Ein Bogen in der Form eines Kreisabschnittes ist an einer schrägen Wand im Punkt C eingespannt.
Die Wand verläuft von links unten nach rechts oben
Der Bogen verläuft am rechten unteren Ende in vertikaler Richtung. (Punkt A)
Ein Stab verläuft in einem Winkel phi_0 vom Kreismittelpunkt zum Bogen. (Punkt B).
Die Wand hat einen Winkel beta mit der Horizontalen.
Am Punkt B wirkt eine horizontale und eine vertikale Kraft.
Der Stab soll diese "Stange" von der Fußsohle zum Federelement modellieren.
- Bei anderen Drehungen des Koordinatensystems hatte ich noch mehr Si- und Cosinüsse
- Das System ist statisch unbestimmt.
Zwischenergebnis:
Die Stabkraft habe ich (erstmals bei der Wirkung der horizontalen Kraft) aus dem unbestimmten System herausgerechnet. Ziemliche Fummelei mit den Sinüssen und Cosinüssen, letzendlich Handwerk. Kontrolle notwendig.
Ich kann somit, für beliebige Öffnungswinkel des Bogens und beliebige Angriffspunkte des Stabes den gesamten Momentenverlauf über das ganze Federelement liefern.
Nächste Schritte:
- Kontrolle des Momentenverlaufs durch zweite Methode
- Dann das ganze auch für die vertikale Kraft rechnen und kontrollieren.
Ziel: Gesamter Momentenverlauf im Federelement durch Superposition der Zwischenergebnisse.
Frage an Nick :flower: et al.
- Die Biegung eines statisch unbestimmten Kreisbogen rechnen ist kein Problem.
- Die Biegung eines statisch unbestimmten geraden Trägers rechnen ist auch kein Problem.
Aber was passiert denn, Nick ?
Wir nehmen ja ein gerades Stück Federelement und spannen das in die "Halterung" ein.
Du weißt schon worauf ich hinauswill: Die Vorspannung.
Wir biegen ja nicht ein Stück Kreisbogen noch ein bißchen mehr, sondern spannen ein gerades Federelement ein, so dass es (in Ruhelage des Gesamtsystems) krumm ist und biegen dann, so dass es noch ein bißchen krümmer wird.
Der Übergang gerade -> krumm -> noch krümmer ist ja auch von der FEM-Seite nicht gerade einfach, oder ?
Superposition der Grundspannung von gerade auf krumm zu den nachfolgenden Belastungsgrößen? So würde ich es erstmals ansetzen und weiterrechnen.
Nachtrag zu Scorcher:
- Mikrorisse sind kein Problem. Wir schmieren das mit Farbe zu, so dass das niemand sieht. ;)
Grüße
DIGIT
:limes_0:
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Bis zu welchen Grenzen ist die Theorie und die Diffgleichung der Biegung (so wie wir sie gelernt haben) zulässig ?
Wie weit darf ich unser Federelement biegen und noch mit "der normalen Diffgleichung" rechnen ?
Anhand welcher Parameter kann ich abschätzen, ob ich mich noch im zulässigen Bereich hoher Konfidenz befinde ?
Was (im Sinne manuell mit dem Bleistift machbar) kommt danach ?
Ja, ja, ich weiss schon, dass man 56000 Knotengleichungen auch mit der Hand rechnen kann. Deshalb ist ja Nick immer so voll im Stress. ;)
@ einerOhneAhnung :flower:
Geduld, Geduld. Du bist ja auch noch nicht mit dem Belastungstest fertig.
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@DIGIT: Die Biegelinie ist nur dann zulaessig, wenn das Biegemoment nicht von der Verformung abhaengig ist. Nur dann kann man sie durch einfaches Integrieren loesen. Sobald dies nicht mehr der Fall ist, muss die DGL halt geloest werden; Eigenwertproblem inklusive.
Die Sache mit der Vorspannung ist kein Problem, wenn man die Kennlinie der CFK-Feder hat. Dann kann man sich zu jeder Verformung eine entsprechende Kraftgroesse berechnen und die dann in den Bilanzen einsetzen. Dann bekommt man auch die Kraefte, welche in der Stabkonstruktion wirken, wenn noch kein Mensch drauf rumsteht.
Das Biegemoment wird sicherlich stark von der Verformung abhaengen und die Kennlinie ist mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht linear.
Ich bin allerdings auch der Meinung, dass am Ende ein Engpass in Sachen Material herrschen wird. Interessant ist das alles schon, aber ich kann zur Zeit nicht viel Zeit aufbringen, auch wenn ich das wirklich gerne wollte.
Sorry
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*off topic*
wenns fertig ist, dann nehm ich eins...
:flower: