Physiker / Statiker / Erklärer gesucht

[lalao0]

Ich bin gerade gedanklich am Entwurf eines T-Top. Ein Bestandteil sollen Aluminiumprofile werden. Ich bekomme von den Lieferanten folgende technischen Daten:
Werkstoff: Al, natur eloxiert
Trägheitsmoment I x: 0,70 cm4
Trägheitsmoment I y: 0,70 cm4
Widerstandsmoment W x: 0,70 cm3
Widerstandsmoment W y: 0,70 cm3

Nun meine Fragen:
Was soll mir das Trägheitsmoment sagen?
Was soll mir das Widerstandsmoment sagen?
Kann ich daraus die maximale Belastung erkennen?

Oh all Ihr Wissenden, gebt mir die Erleuchtung.

[Emma]

Zitat von lalao0

Trägheitsmoment I x: 0,70 cm4
Trägheitsmoment I y: 0,70 cm4
Widerstandsmoment W x: 0,70 cm3
Widerstandsmoment W y: 0,70 cm3

Nun meine Fragen:
Was soll mir das Trägheitsmoment sagen?

Da muss man kein Physiker sein, ein Ingenieur reicht aus .
Das Trägheitsmoment ist bei einer Rotation, das was die Masse bei einer linearen Bewegung ist. Damit kann man das Drehmoment berechnen, dass eine Winkelbeschleunigung in der jeweiligen Achse (z.B. durch eine Welle) erzeugt. Einfacher gesagt: Je größer das Trägheitsmoment, desto schneller kentert der Kahn. Deswegen ist ein Fahrrad mit großen Rädern stabiler als eines mit kleinen. Der Radius geht nämlich in vierten Potenz in die Berechnung ein.

Zitat von lalao0

Was soll mir das Widerstandsmoment sagen?
Kann ich daraus die maximale Belastung erkennen?

Ja, damit könnte man das maximale Biegemoment berechnen.

Im großen und ganzen habe ich das Gefühl, dass hier einer überqualifiziert ist und dich verscheißern will. Wie du mit diesen Größen was berechnen sollst, ist mir unklar. Oder kennt jemand z.B. die Winkelbeschleunigung, die eine 1m hohe Welle erzeugt.
Einer weiterer schlimmer Verdacht keimt in mir, weil die Werte alle gleich hoch und seltsam rund sind.

Gruß
Jan

[Hesti]

Biege(zug)spannung = Mb / Wb (Biegemoment / Widerstandsmoment).

Für die Berechnung der Eulerschen Knicklast brauchst Du die Flächenträgheitsmomente Iy und Ix.

Hilft Dir das jetzt weiter?

Wahrscheinlich nicht, weil Du wahrscheinlich nicht weißt, welche Lasten an Deinem T-Top angreifen können / werden. Erst wenn Du die äußeren Lasten kennst, kannst Du beigehen und die maximalen Schnittlasten im Gestell ausrechnen und dann kannst Du aus ermittelten Zug-, Druck-, Biege- und möglicherweise auch noch Schubspannungen über eine Vergleichsspannungshypothese ausrechnen, ob Deine Profile ausreichend dimensioniert sind. Dazu brauchst Du dann auch noch Werkstoffkennwerte. Das ganze bei Bedarf auch noch auf eine vordefinierte Anzahl von Lastspielen.

Fangen wir mal mit den Lasten an:
-Sollen da Leute drauf rumlaufen und wenn ja, wie viele? Ist zu berücksichtigen, dass die Leute auch noch etwas tragen können müssen, z.B. auch eine verletzte Person?
-Fläche und maximale Windstärke?
-Fläche und Vereisung / Schneehöhe?
...

[lalao0]

Wenn ich Euch beide richtig verstanden habe, muß ich die Fläche berechnen und die daraus entstehenden Windlasten (bzw. das macht dann wohl besser ein Statiker), das Gewicht des Ganzen berücksichtigen, und dann kann ich die entsprechenden Profile von einem Statiker berechnen lassen (ich bin und werde keiner). Richtig?

[Go-go-Girl]

Hi, ich vermute mal, das soll ein "festes" Bimini werden. Identische Werte in x und y Richtung bedeuten quadratischen oder Kreis- Querschnitt. Die Rohre dürften aber weniger das Problem sein, viel wichtiger sind die schweissverbindungen und noch mehr wie das ganze am Boot befestigt wird. Dort wirst du die Last möglichst großflächig einbringen müssen wenn's ein Kunststoffrumpf ist. Das wird dann unschön wenn billig, oder aufwändig und teuer wenn's gut aussehen soll. Ich würde das auf jeden Fall vom Fachmann machen lassen.

[lalao0]

@ Go-go-Girl:

Ich werde das mit Sicherheit nicht selber machen. Ich habe eine Idee und will zunächst eigentlich nur die Machbarkeit und grob die Materialkosten klären. Ob das ein echtes T-Top wird oder ggf. noch Verstrebungen eingebracht werden, ist noch offen. Ich tendiere zwar zum "echten" T-Top, letztlich wird das aber ein Statiker entscheiden (müssen). Der bestehenden Geräteträger soll dabei aber als Basis dienen (und dürfte das auch Problemlos schaffen). Ich werde mich also auf die Suche nach einem Statiker machen und dann weiter sehen.

Sollte hier ein Statiker zugegen sein, der mir die Berechnungen machen kann, bitte per PN melden und die "Gebühren" nennen.

[Hesti]

Statik hin, Statik her - wie wäre es mit einem Bootsbauer oder einer Werft?

[lalao0]

Die nutzen mir gar nix. Ich brauch da kein Laminat oder ähnliches. Bei einer Werft würde ich eine Standartlösung bekommen. Nur das was ich da Angedacht habe ist eben nicht Standart. Ich brauche einen sehr guten Schweißer, und den habe ich an der Hand. Aber ich benötige jemand, der mir die nötigen Materialstärken berechnet. That´s it.

[Solpat]

Zitat von lalao0

Ich bin gerade gedanklich am Entwurf eines T-Top. Ein Bestandteil sollen Aluminiumprofile werden. Ich bekomme von den Lieferanten folgende technischen Daten:
Werkstoff: Al, natur eloxiert
Trägheitsmoment I x: 0,70 cm4
Trägheitsmoment I y: 0,70 cm4
Widerstandsmoment W x: 0,70 cm3
Widerstandsmoment W y: 0,70 cm3

Nun meine Fragen:
Was soll mir das Trägheitsmoment sagen?
Was soll mir das Widerstandsmoment sagen?
Kann ich daraus die maximale Belastung erkennen?

Oh all Ihr Wissenden, gebt mir die Erleuchtung.

Hallo ...

man kann ein Ingenieur-Studium nicht mal soeben erklären, dennoch versuch ich Dir ein bisschen weiterhelfen:

Lastfall:
Ich gehe mal davon aus, dass Du die zulässege Kraft in einen Stab meinst, der rechts und links gelagert hast. Dann wäre die Frage nach:

1. Der maximal zulässigen Kraft punktförmig in der Mitte eingeleitet, hier gilt:
Mb = F x l / 4

oder
2. Die maximal zulässige Flächenlast, also gleichmäßig über die gesamte (Stab-)Länge verteilt, hier gilt:
Mb = F x l / 8

Für die zulässige Biegespannung gilt:

Mb = Sigma b zul. x W

setzt man beide Formeln gleich erhält man für Lastfall:

1. F punkt x l / 4 = Sigma b zul. x W

2. F fläche x l / 8 = Sigma b zul. x. W

umgestellt nach F:

1. F punkt = Sigma b zul. x W x 4 / l

2. F fläche = Sigma b zul. x W x 8 / l

Man sieht also, dass man das doppelte an Flächenlast im Vgl. zur mittig eingeleiteten Einzellast aufbringen kann. Im Weiteren rechne ich also nur noch die Einzellast. Für Flächenlast gilt entsprechend der doppelte Wert.

Mit dem genannten Widerstandsmoment von 70 cm³ für einen offensichtlich quadratischen oder kreisrunden Querschnitt und dem standard Aluminium Werkstoff AlMgSi 0,5 mit einem Rp 0,2 von 150 N/mm² (=Sigma b zul.) ergibt dies für eine Spannweite l (Abstand von Auflager zu Auflager) von

1,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 150 N/mm² x 7.000 mm³ x 4 / 1.000 mm = 4.200 N (ca. 428 kg)

2,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 2.100 N (ca. 214 kg)

Wie man sieht verhalten sich die zulässigen Lasten linear. Damit kann man mit dem Dreisatz zu jeder beliebigen Spannweite die zulässige Last (Kraft) errechnen.

So, hiermit endet mein kleiner Ausflug in die Statik. Es handelt sich bei o. g. Angaben/Rechnungen um einfache Lastannahmen. Wie mein Vorredner bereits anmerkte, gibt es in realität häufig eine Vermischung aus unterschiedlichen Spannungen, herrührend aus unterschiedlichen Belastungen. Zudem kommen noch Sicherheitszuschläge und reduzierte zuässige Spannungswerte für ruhende, schwellende oder wechselnde Belastungen. Für eine erste Abschätzung in Deinem Bauvorhaben sollte o. g. Rechnung jedoch allemal gut sein. Viel Spaß beim weiterplanen und bitte BILDER wenn es denn zur Realisierung kommt.

MfG

Oliver

[Emma]

Ich muss mich übrigens korrigieren. Während ich googeln musste, was ein T-Top ist, habe ich den ersten Satz nicht zu Ende gelesen. Ich war der Meinung, es ginge um Herstellerangaben für das ganze Gestell.
Nachdem sich nun auch noch herausgestellt hat, das Werften zu dämlich für so was sind, ziehe ich meinen Beitrag zurück .
Für mich gehört Aluminium sowieso nicht auf ein Schiff, dort sollten standardmäßig nur Bronze, Messing und Stahl sein. Aber ich gebe zu, in der Größenordnung wie auf dem Video kenne ich mich nicht aus.

Gruß
Jan

[lalao0]

Hallo Jan,

auch mein bestehender GT ist aus Alu und wurde Werftseitig so eingebaut. Ich bin mit meinen Ideen ja schon bei Werften gewesen, habe aber bei der Frage nach schweißen von Alu nur immer gehört: Können wir nicht. Vllt war ich auch bei den falschen Werften. Jetzt habe ich den Schweißer, der das kann und macht und meine Idee. Da ich aber auch "Sicherheit" haben will, möchte ich eben auch Verstehen, was mir die Lieferanten da anbieten. Die technischen Berechnungen wird mit Sicherheit ein Kundiger machen.

[nightforce]

Wenn der "Kundige" dir das dann eh macht, fütter ihn gleich mit deinen Materialwerten, der ist dann auch dafür verantwortlich was er macht.

[Heimfried]

Zitat von lalao0

Nun meine Fragen:
Was soll mir das Trägheitsmoment sagen?
Was soll mir das Widerstandsmoment sagen?
Kann ich daraus die maximale Belastung erkennen?

Hallo Hartwig,

Die Momente, die du oben nennst, ergeben sich allein aus der Geometrie des Querschnitts des zu verwendenden Profils.

Die Daten, die du nennst, würden zu einem Rundrohr passen, welches einen Außendurchmesser von 20 mm hat und eine Wandstärke von 4,25 mm. (Es kann aber auch etwas anderes sein, was eine Drehsymmetrie von 90° hat.)

Zusammen mit dem Elastizitätsmodul des Werkstoffs kannst du dann zum Beispiel die Durchbiegung berechnen, die sich bei bestimmten Belastungen einstellt. Das hilft dir aber wenig, weil du die Belastung nicht kennst.

Statisch gesehen, geht es im einfachsten Ansatz um Kragträger (ein sehr ungünstiger Belastungsfall), im zweiten Schritt um einen in zwei Fußpunkten eingespannten Rahmen (Doppelprofil senkrecht), im nächsten Schritt wohl um ein Fachwerk (wegen der Verstrebungen zwischen den Ständern).

Gruß, Günter

[Wiskimike]

Du sagst ja, dass du ne Idee hast was du da bauen willst.

Mal uns doch mal was, dann kann man auch mal bissl genauer darüber philosophieren.

Natürlich inkl. Nutzlasten usw?

Ansonsten kann ich mich nur den Vorrednern anschließen. Die Werte geben wieder wie viel dein Profil ab kann, bevor es aufgibt!

[Solpat]

Zitat von Solpat

Hallo ...

man kann ein Ingenieur-Studium nicht mal soeben erklären, dennoch versuch ich Dir ein bisschen weiterhelfen:

Lastfall:
Ich gehe mal davon aus, dass Du die zulässege Kraft in einen Stab meinst, der rechts und links gelagert hast. Dann wäre die Frage nach:

1. Der maximal zulässigen Kraft punktförmig in der Mitte eingeleitet, hier gilt:
Mb = F x l / 4

oder
2. Die maximal zulässige Flächenlast, also gleichmäßig über die gesamte (Stab-)Länge verteilt, hier gilt:
Mb = F x l / 8

Für die zulässige Biegespannung gilt:

Mb = Sigma b zul. x W

setzt man beide Formeln gleich erhält man für Lastfall:

1. F punkt x l / 4 = Sigma b zul. x W

2. F fläche x l / 8 = Sigma b zul. x. W

umgestellt nach F:

1. F punkt = Sigma b zul. x W x 4 / l

2. F fläche = Sigma b zul. x W x 8 / l

Man sieht also, dass man das doppelte an Flächenlast im Vgl. zur mittig eingeleiteten Einzellast aufbringen kann. Im Weiteren rechne ich also nur noch die Einzellast. Für Flächenlast gilt entsprechend der doppelte Wert.

Mit dem genannten Widerstandsmoment von 70 cm³ für einen offensichtlich quadratischen oder kreisrunden Querschnitt und dem standard Aluminium Werkstoff AlMgSi 0,5 mit einem Rp 0,2 von 150 N/mm² (=Sigma b zul.) ergibt dies für eine Spannweite l (Abstand von Auflager zu Auflager) von

1,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 150 N/mm² x 7.000 mm³ x 4 / 1.000 mm = 4.200 N (ca. 428 kg)

2,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 2.100 N (ca. 214 kg)

Wie man sieht verhalten sich die zulässigen Lasten linear. Damit kann man mit dem Dreisatz zu jeder beliebigen Spannweite die zulässige Last (Kraft) errechnen.

So, hiermit endet mein kleiner Ausflug in die Statik. Es handelt sich bei o. g. Angaben/Rechnungen um einfache Lastannahmen. Wie mein Vorredner bereits anmerkte, gibt es in realität häufig eine Vermischung aus unterschiedlichen Spannungen, herrührend aus unterschiedlichen Belastungen. Zudem kommen noch Sicherheitszuschläge und reduzierte zuässige Spannungswerte für ruhende, schwellende oder wechselnde Belastungen. Für eine erste Abschätzung in Deinem Bauvorhaben sollte o. g. Rechnung jedoch allemal gut sein. Viel Spaß beim weiterplanen und bitte BILDER wenn es denn zur Realisierung kommt.

MfG

Oliver

... es war gestern wohl schon etwas zu spät für mich und mir sind ein paar Kommastellen verrutscht, daher eine Koorektur zu meinen Berechnungen:

Richtig muss es lauten:

1,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 150 N/mm² x 700 mm³ x 4 / 1.000 mm = 420 N (ca. 42,8 kg)

2,0 m eine zulässige Punktlast:
F punkt zul. = 210 N (ca. 21,4 kg)


Jetzt sollte es stimmen.

MfG

Oliver

[lalao0]

Ich habe zwischenzeitlich hier im BF Kontakt zu einem netten Menschen der mir weiter hilft (Student Schiffbau und Meerestechnik). Der hat bzw. bekommt alle erforderlichen Daten geliefert.
Nachdem hier in letzter Zeit oft nur mitgeteilt wird, was nicht geht, schxx aussieht usw., habe ich mich entschlossen meine Projekte erst dann zu veröffentlichen, wenn Sie realisiert sind. Deshalb gibt es hier keine Zeichnung oder ähnliches.

Ich bedanke mich ausdrücklich bei allen hier, die mir fachliche Informationen und Erklärungen zukommen ließen.

Wenn das Teil fertig ist (vermutlich erst Mitte Mai 2015) werde ich es sicher in meinem Blog veröffentlichen.

[Hesti]

Na, dann die besten Wünsche, dass das eine solide Konstruktion wird und auch die Verankerung am Boot klappt - und kein Fall für eine Schadensersatzdiskussion.