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Hohlprofil.jpg

Hallo zusammen.
Ich hänge hier an einer Dimensionierungsaufgabe fest.
Ich möchte die Wandstärke meines Hohlprofils abschätzen.
Und dazu möchte ich die Belastung für ein rechteckiges Hohlprofil (dunkelgrün) aus St52 berechnen. (Dauerfestigkeit St52: 143,33N/mm^2 bei Sicherheit S= 1,5)
Über die Oberseite des Hohlprofils läuft ein Reifen, der mit einer Kraft von 20 kN auf meine Oberfläche drückt. Der Reifen rollt quasi über die Oberfläche in Längsrichtung ab. Das Hohlprofil selbst ist an ein 5 mm dickes Blech (dunkelgrau) geschweißt.
Mit den in der Skizze angegebenen Formeln für einen 2-seitig gelenkig gelagerten Biegebalken hab ich eine zulässige Länge L von 255mm bei einer vorgegebenen Durchbiegung f von 0,1 mm.
Da das Blech (dunkelgrau) die Wand einer Kassette mit einer vorgegebenen Länge von L=500mm ist, muß ich doch folglich mein Hohlprofil in der Mitte abstützen (hellgrau)(wegen zulässiges L = 255mm).
Mein Problem ist nun, ich habe doch somit nur die zulässige Durchbiegung und die zulässige Spannung erfaßt, wenn ich das Hohlprofil von der Seite betrachte. Aber wie berechne ich die Spannung und Durchbiegung bzw. darüber die zulässige Länge meines Profil, wenn ich von vorne auf das Profil schaue. Also quasi dumm in die Röhre 
Oder wie muß ich die das hohlprofil berechnen?
Leider steht mir kein FEM-Programm zur Verfügung. also muß es doch irgendeine Abschätzung geben, oder?

Klar ist mir auch, daß sich das Hohlprofil nicht so stark durchbiegen wird, wie sich mit der Formel für den 2-seitig gelagerten Biegebalken berechnen läßt und somit die Länge, um die es mir ja letztendlich geht , um einiges größer sein wird, da ich ja die eine Längsseite meines Profils an die Blechwand schweiße. Ich dachte mir nur, daß diese Näherung am ehesten zutrifft...

Vielleicht kann mir ja jemand von Euch helfen. Oder mir sagen wo ich aufm Schlauch stehe...
Danke!!!

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Das Thema ist nicht eigentlich mein Fach, aber zwei Schwachstellen in den Annahmen kann ich schon feststellen:

>>Hohlprofil
>>für einen 2-seitig gelenkig gelagerten Biegebalken
>>da ich ja die eine Längsseite meines Profils an die Blechwand schweiße

1) Du nennst ja nicht die Angaben für den Biegebalken, mit dem Du Dein Hohlprofil vergleichen willst.
a) Ersetzt Du das Hohlprofil durch einen Vollkörper,
so wird dieser sich weniger durchbiegen als das Hohlprofil.
b) Ersetzt Du das Hohlprofil durch ein Blech mit der Breite und Wandstärke des Hohlprofils, so wird Deine Abschätzung arg pessimistisch ausfallen.

2) Wenn die Schweissnaht zur Blechwand über die gesamte Länge geht,
dann nimmt natürlich auch dieses Blech wesentliche Kräfte auf.
Die Annahme eines gelenkig gelagerten Balkens trifft dann nicht zu.

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R.Schulze

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Ist die Skizze annäherend korrekt? Wenn ja, ist weniger von freier Durchbiegung auszugehen als vielmehr von Schweißnahtbeanspruchung, die entsprechend berechnet werden kann. Siehe Skizze links oben, linke obere Ecke des Hohlprofils: Da ist eine (möglicherweise durchgehende) Schweißnaht zu sehen. Im Bereich zwischen den Stützen wird sich das Hohlprofil wahrscheinlich parallelogrammartig verformen, sofern die Radlast elastisch folgen kann. Bei vergleichsweise harten Rädern beschränkt sich die Belastung bei zunehmender Durchbiegung mehr und mehr auf den wandnahen Bereich, den mit der durchgehenden Schweißnaht. Was im Endeffekt zur Folge hat, dass das Rad nur auf der Wand fährt und diese mit Gewichtskraft belastet.

Mal angenommen, die Skizze würde nicht stimmen und das Hohlprofil wäre nur im Bereich der Stützen mit der Wand verschweißt. Dann hättest Du einen beidseitig eingespannten Träger, zu dem Ersatzformeln zur Berechnung von Spannungen und Durchbiegung existieren. Stützpunkte sind die beiden Ränder und das Stützblech der Mitte, d. h. es gibt zwei gleichartig belastete Träger - es liegt Symmetrie vor. Folge daraus: Nur eine Seite muss berechnet werden.

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Seit Pro/E Version 1 dabei, auwei...

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Hidiho,

Meiner Meinung nach kann man so ein statisch überbestimmtes Ding überschlägig mit dem Satz von Castigliano erschlagen. Punkt der Berechnung wäre der genau zwischen den Rippen.

Wenn es etwas gröber sein darf, ist der Ansatz über einen Kragträger ebenfalls drin. Dieser Ansatz führt definitiv zu überdimensionierteren Teilen als der erstgenannte Ansatz.

TIPP: Hör auf Carsten und veränder die Geometrie so, dass die Lasten sich Symetrisch verteilen. Dann isses ein Stück Kuchen.

PS: Wenn du die so schweißt, hast du weit über 0.1mm Verzug.

Hoffe ich konnte Helfen,

Jörg

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Leistung ist, wenn die Felge im Reifen durchdreht.

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Also erstmal vielen Dank für Eure Antworten.

Daß das Blech, also quasi die Wand, die Kräfte aufnehmen wird, ist klar. Somit muß ich im nachhinein noch die Schweißnaht berechnen. Mir ging es ja aber in erster Linie ersteinmal darum, herauszufinden, welche Dicke mein Hohlprofil haben muß, daß es nicht plastisch verformt.

Ihr seid also der Meinung, daß ich das Hohlprofil nur an den den 3 Streben anschweißen sollte, um die Berechnung einfacher (aber überdimensionierter) zu gestalten? Hab ich das richtig verstanden?

Das Argument mit der durchgehenden Schweißnaht und dem Verzug hab ich natürlich auch schon in Betracht gezogen. Der Betreuer meiner Diplomarbeit meinte jedoch, ich könne den Verzug vernachlässigen, da ich das Hohlprofil von oben und unten ans Blech schweißen würde und sich der Verzug somit annähernd ausgleichen würde. Hielt ich aber für ein bissl gewagt, die These. Aber wenn ihr daß auch so seht, bin ich doch froh, daß ich mich auf mein Gefühl verlassen kann ;-)

Noch etwas zum besseren Verständnis:
Also über das Hohlprofil, das Blech und den dahinterliegenden freien Raum ist noch eine Glasplatte geklebt, über der der Reifen abrollt (bildlich gesprochen, ich will von  unten durch die Glasplatte gucken, um zu sehen, wie sich der Reifen beim Abrollen verformt). Die Glasplatte liegt also über einem annähernd quadratischen "Kasten", dessen einzelnen Wände jeweils die Geometrie der oben gezeigten Skizze haben.

Sicherlich werden die Belastungen für die einzelnen Kastenwände nicht so groß sein, wie ich sie mir berechne, da ich ja einen aus 4 Seiten zusammengesetzten Kasten habe, jedoch geht es hier nur um eine (wenn auch nicht allzu grobe) Abschätzung der Bauteildimensionen.
Von daher dachte ich, läge ich somit auf der sicheren Seite.

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Zitat:

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Original erstellt von TRGS500:
Noch etwas zum besseren Verständnis:
Also über das Hohlprofil, das Blech und den dahinterliegenden freien Raum ist noch eine Glasplatte geklebt, über der der Reifen abrollt (bildlich gesprochen, ich will von  unten durch die Glasplatte gucken, um zu sehen, wie sich der Reifen beim Abrollen verformt). Die Glasplatte liegt also über einem annähernd quadratischen "Kasten", dessen einzelnen Wände jeweils die Geometrie der oben gezeigten Skizze haben.

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Es ist durchaus erlaubt, bereits in der Startfrage solche Details mitzuposten 

"Dahinterliegender freier Raum" - Wo soll das genau sein, links oder rechts der linksoben angeordneten Ansicht?

Du willst die Festigkeit rechnerisch nachweisen, okay. Mir kommt die Stützkonstruktion inzwischen so steif vor, dass ich hier wahrscheinlich "übern Daumen" peilen würde, um mehr Zeit für andere Dinge nutzen zu können.

Klassisch lässt sich diese Konstruktion meiner Kenntnis nach nicht mehr berechnen. Zu beachten ist sicher die zu erwartende Verformung der Glasplatte, die über die Klebung Kräfte und Biegemomente in die Stützkonstruktion einleitet und u. a. die mögliche Beulgefahr der Stützwände, die allerdings durch die Stützen verstärkt werden. Schätzen würde ich, dass wenn die Glasplatte bei zu erwartender kleiner Durchbiegung die Belastungen dauerhaft ertragen kann, diese Stützkonstruktion vereinfacht nur senkrecht wirkende Gewichtskräfte zu spüren bekommt. Und die kann sie wahrscheinlich in dieser Dimensionierung ertragen (nicht selbst nachgerechnet).

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Seit Pro/E Version 1 dabei, auwei...

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>>um mehr Zeit für andere Dinge nutzen zu können.
Ja - suche eine geeignete Glassorte. 
Bei den angegebenen Kräften sollte Acrylglas doch fest genug sein.
Das ist nicht so spröde wie herkömmliches Glas.

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R.Schulze

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Der Freie Raum ist links von der linken Ansicht.

Also die Glasplatte hat ne Verformung von 0,08mm. Das ist nicht das Problem. Die Seitenteiel habe ich auch schon auf Beulen ausgelegt.

Die Stützen/Streben an der Seite, habe ich nur eingebaut, weil ich bei der Überschlagsrechnung (Annahme: gelenkig gelagerter Stützbalken) nach der zulässigen Durchbiegung von 0,1mm die hierfür zulässige Länge von 255mm erhielt.

Klar, wäre das Hohlprofil durchgehend geschweißt, würde ich nie eine so hohe Durchbiegung haben.
Ich habe auch nur aus dem Grund ein Hohlprofil gewählt, weil ich bei einer einfachen Stahlplatte von 250mm Länge, 30mm Breite (das ist wichtig, da die Glasscheibe ringsum jeweils 30mm aufliegen muß) und einer zulässigen Durchbiegung f =0,1mm eine Dicke der Stahlplatte von 42mm erhalte, wenn ich einen gelenkig gelagerten Stützbalken annehme.
Jetzt bin ich mir nur noch im unklaren darüber, Welchen Belastungsfall ich anzunehmen habe. Da steh ich immer noch aufm Schlauch. Entweder schaue ich von der Seit auf das Hohlprofil (dann sehe ich als das geschlossene Profil, oder aber ich berechne die Biegung eines einseitig eingespannten  Balkens. Das wäre dann der fall, wenn ich von vorne auf das Hohlprofil  schaue, also durchs Loch quasi. (links in der skizze)...
Kann mich da bitte jemand vom Schlauch stoßen???

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Hallo,

Hmmmm... Du brauchst also nen geschlossenen Kasten mit Glasdach?

Ich mach mal eine Vorschlag:

Rahmen als Tisch. Vertikalen Träger auf Knickung ( Lastfall je nach einspannung des Fußes wählen ), Horizontale träger als Biegebalken auslegen.  Das durch die Scheibe eingeleitete Moment kannst du vernachlässigen. Falls der Tisch Schubbelastung ertragen muss, entsprechende Querstreben einsetzen. Auslegung dann überschlägig aus Tragwerk.

Die Verkleidung an den Seiten machst du aus einerm dünnen Blech. Deren Einfluss kannst du dann ebenfalls vernachlässigen.

Tipp: Die Auflage der Scheibe sollte entweder Plan bearbeitet werden und/oder du setzt eine flexible Zwischenlage, im einfachsten Fall ist es der Kleber, dazwischen. Wie sorgfältig du vorgehst hängt dabei davon ab wie spröde das Material ist. 

Durchbiegung der Scheibe per Plattentheorie ausrechnen klappt hast ja schon. Achte bei der Auswahl der Scheibe darauf, dass sie eine ausreichend Hohe oberflächen Härte hat. Ansonsten wird sie schnell Trübe und dann siehst nichts mehr.

Ich mal sowas ähnliche gemacht. Bei den Versuchen stellt sich heraus das es sich nicht mit der Praxis deckte.    Problem war bei mir die korrekte Haftreibung einzustellen, damit sich der Rollkörper auch so verhällt, wie auf dem originalen Belag. Falls das wichtig ist, musst du dies Experimentel ermitteln und durch eine Beschichtung einstellen.

Hoffe ich konnte Helfen und viel Erfolg bei deiner DA,

Jörg

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Leistung ist, wenn die Felge im Reifen durchdreht.

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