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deckbautheorie: statische grundlagen

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  • deckbautheorie: statische grundlagen

    wer ein deck bauen will kann mit folgenden kenntnissen sicher was anfangen. an alle bauingenieure: klar ist das eine sehr ungenaue darstellung. bitte weggucken. fuer den deckbau solls reichen.

    die dimensionierung eines bauteils richtet sich nach der belastung. wie sieht die beim deck aus?
    ein skateboard ist vereinfacht als einfeldtraeger zu beschreiben



    die belastung ist dynamisch, zwei krafteinleitungspunkte (fuesse) mit wechselnder last und position durch rumlaufen, gewichtsverlagerung vorne - hinten und durch hoch - tief beim pumpen. ich "verschmiere" zur vereinfachung die kraefte im maximalen lastfall zu einer gleichstreckenlast [q] auf die ganze laenge [l].



    die belastung erzeugt im querschnitt des bauteils ein biegemoment. ein moment ist eine kraft mal einem hebelarm. einfach vorzustellen beim fahhradpedal: das gewicht des fahrers mal die laenge der kurbel ergibt das drehmoment in der achse des tretlagers.
    das moment verlaeuft auf die laenge des decks wie folgt:



    an den achsen ist ein nulldurchgang, denn hier kann sich das deck ja "drehen", (drehpunkt liegt eigentlich tiefer, in der achse, daher gibts hier auch ein kleines moment, aber das ist zu vernachlaessigen, weil allein die noetige dicke um eine achse anzuschrauben das schon aufnimmt). wenn ein deck bricht, dann meist mittig [M max], hier also liegt der hund begraben. (bei einem tail kommt ueber der hinterachse ein stuetzmoment dazu, also umgekehrt: oben zug,, unten druck, es ist als kragarm zu beschreiben, der nulldurchgang der momentenlinie verschiebt sich dann richtung deckmitte).
    wie errechnet sich das moment? bei gleichstreckenlast lautet die formel

    q x l²/8

    (standardformel der statiker, laesst sich herleiten - soll ich? - och nee). da ich nicht erwarte, das jemand das optimale profil rechnerisch dimensionieren will (es kommt ja noch dynamik ins spiel, man muss mit e-modulen umgehen koennen) muesst ihr nur wissen: die laenge geht hier exponentiell ein. je laenger desto VIEL groesser das maximale moment in der mitte. wie nimmt ein deck das moment auf? was passiert im querschnitt?



    die oberste faser des materials wird zusammengedrueckt, die unterste wird gedehnt. oben herrscht also druck und unten zug. und in der mitte nix. die kraefte errechnen sich aus dem inneren moment, also rueckwaerts: das moment geteilt durch den hebelarm [h/2] ergibt die zug-bzw. druckkraft, die aufgenommen werden muss. der hebelarm ist der abstand der obersten und untersten faser, als die dicke des decks.

    druck bzw zug = Mmax : h/2

    je dicker, desto weniger kraft muessen die fasern aufnehmen, daher auch die

    geringere duchbiegung bei dicken balken. grundsaetlich gilt fuer optimierte bauteile: die form sollte der momentenlinie (s.o.) folgen. die golden gate bridge zum beispiel ist eine materialisierte momentenlinie, der eifelturm uebrigens auch. beide bauwerke sind mit filigran skelettartig, nicht massiv. wie koennte man denn ein deck abspecken, um gewicht zu sparen?
    faserige materialien wie holz und insbesondere glasfaserlaminat halten auf zugbelastung wesentlich mehr aus als auf druck. das liegt unter anderem daran, das beim zusammendruecken die geringste auslenkung aus dem kraftverlauf ein knicken verursacht, auf zug bleibt immer alles schoen in form. als besonders effiziente tragsysteme gelten die rippendecke (stahlbeton) und der dreieckstraeger (alu-traverse buehnenbau, spitze nach (unten). eben weil in der zugzone weniger material noetig ist als in der druckzone. fuer decks sind trapezfoermige profile gut, weil man ja noch die achse auf ne ebene flaeche schrauben will (min 6cm) hier die profile (also quer geschnitten)



    fuer den massivholzbau ist die sache damit wohl klar, jetzt noch kurz zum faserverbundwerkstoff: das innere, der kern eines decks, was lasten da fuer kraefte? der kern muss die deckschichten auseinanderhalten - flaechiger druck, punktuelles eindruecken verhindern (schraubenzieher fallt aufs deck) und er ist scherkraeften ausgesetzt, die als zug und druck abstrakt wie folgt verlaufen



    hier sieht man warum fachwerktraeger so aussehen, auch hier folgt die form dem kraftverlauf. ich rate aber davon ab, ein deck als fachwerktraeger zu konstruieren, weil es irre viel arbeit ist und das deck beim versagen sehr ploetzlich kolabiert.

    hier noch das prinzip von meiner carvemaschine



    grau ist die flechtmatte, die linien sind die glasschichten. durch die mittig dickere oberseite (laengs) verformt sich das deck nicht exponential sondern bleibt in der mitte etwas gerader. ausserdem hat es ja eh ein camber. unten hab ich halt duch die schmalen schichten etwas hoehe und natuerlich im achsbereich druckfestigkeitgewonnen.

    und was der wefunk mit der speedbone macht, ist eine gezielte programmierung des flexverhaltens durch unterschiedlich zugfeste materialien in unterschiedlichen zonen. er kontrolliert damit quasi eine durchbiegungskennline, die auf die fahraufgabe angepasst ist. das ist konstruktiv formel eins niveau. ich glaube aber nicht das er das alles ausrechnet, bei seiner erfahrung. das machen wir dann ein andermal...

    nun noch was zur deckbreite: natuerlich ist die betrachtung als balken abstrakt, es tritt auch noch eine flaechentragwirkung durch die breite ein. ausserdem erhoeht ein concave dann noch die hoehe, also den inneren hebelarm auf eine mir zu komplizierte weise.
    hier sind A U S P R O B I E R E N & E R F A H R U N G gefragt.

    folgende werte helfen mir:

    mein landy: 1.1 cm deck (20 cm breit) mit oben wie unten 1 mm glas (macht nur 9 mm holz!) flext bei 90 cm radstand schon recht stark. dasselbe auf 60 cm radstand flext fast garnicht.

    carve maschine: 1 cm (mitte, 6cm breit) 6mm (die rander, 30 cm gesamt) deck mit verschiedenen glasdicken (bis max. 2mm) flext bei 100cm radstand noch staerker, aber mittlerweile genau so wie ich will - das war aber glueck.
    eigentlich ist der kern zu duenn und das teil durch zuviel glas schwerer als gewollt (2100 g, landy 1670 g)



    so liebe brettbaubuddys, haut rein, ueber etwas feedback freu ich mich. schliesslich mache ich mir die muehe nicht nur (aber auch), damit ihr alle schoen decks bauen koennt - annerkennung mag ein motiv sein.
    OLSON & HEKMATI
    asphaltinstrumente

  • #2
    Na hier dann direkt mal erstes Lob und Anerkennung! Ziemlich technisch, aber doch informativ - wenn es bei mir wirklich an den Deckbau geht, werde ich mir das nochmal en detail zu Gemüte führen. :)

    Gibts irgendwo eigentlich eine allgemeinere Zusammenfassung zu den verschiedenen Begrifflichkeiten, Formen, etc. - Also z.B. was Concave, Camber, usw. sind und wie sich das auf das spätere Fahrverhalten auswirkt?
    keep on rockin\'!

    Zu Fuß gehen saugt!

    [url=http://elmono.macbay.de/longboard/ly_frontal.jpg]Landyachtz Drop Carve[/url]
    Randal RII 180
    Abec 11 Flashbacks

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    • #3
      Super erklärt, danke. Ich hatte da auch noch ein paar falsche Vorstellungen.
      Dein hilfreicher Beitrag wäre doch bestimmt auch im LongboardWiki gut aufgehoben, oder? - http://relet.net/longboardwiki -

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      • #4
        sehr fein!!!
        und ich kann mich ravn nur anschliesen:
        ich hatte ja keine ahnung!

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        • #5
          Ich habs ja an mir selbst gemerkt: Longboarder im Winter sind schon kurz vorm Wahnsinn, oder?
          Trotzdem: cooles Deck!

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          • #6
            ja, genau, solche anfaelle hab ich wirklich schon immer um die jahreszeit.
            OLSON & HEKMATI
            asphaltinstrumente

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            • #7
              verrückt...
              respect...
              staun
              sehr informativ, logisch und gut zusammengefasst...

              dankje

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              • #8
                hier noch was scheinbar fundiertes für die ambitionierten Bastler unter uns.

                Für die Qualität der dort gemachten Angaben kann ich, aufgrund mangelnder Sachkenntnis, leider keine Garantie übernehmen ;-)

                http://www.longboard.nu/files/theSkateboard.pdf

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                • #9


                  ich versteh nur wurzel aus bahnhof. sieht aber durchdacht aus. grausame grafiken.
                  OLSON & HEKMATI
                  asphaltinstrumente

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                  • #10
                    wer hat die zeit sowas in der freizeit zu verfassen???
                    oder is des wieder sowas wie ned facharbeit??

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                    • #11
                      Im Vorhinein ein verspätetes, aber doch ehrlich gemeintes Lob an Björn und seine ausführliche ausführung zum thema Boardbautheorie

                      An alle die das ganze da oben wirklich verstanden haben, denn ich bin nach mehrmaligen lesen immer noch nicht ganz dahinter gestiegen dahinter gestiegen.

                      Ich hoffe ich bin nicht lästig aber ich glaube in diesem threat könnte mir geholfen werden.

                      also ich hab ja schon in einem anderen 'Threat zum thema Eigenbau beschrieben, dass ich ein slalomboard mit Flex und Chamber bauen möchte. Dabei möchte ich Gewicht einsparen, aber trotzdem Stabilität beibehalten.

                      Jetzt an alle Profis unter euch: wie errechne ich, wieviel Lagen Fiberglas(ist leichter als Holz, wenn es hart ist oder)
                      ich verbauen muss, wenn ich bei meinem Gewicht von momentan 85 kg bei 190 cm ein solches ähnliches Deck:

                      Länge sagen wir 85cm
                      Breite: ca 20cm
                      chamber: 2,8-3cm
                      ohne concarve




                      oder jenes Deck:



                      nachbauen möchte.

                      Also welche formel von den oben beschriebenen wende ich da an? Wie verhält sich fiber in relation zum holz? Ich möchte maximal 1 cm Dicke haben.
                      Versteht ihr was ich meine/ bauen will?

                      Ich weiß, dass man viel rumprobieren muss, musstet ihr alle bestimmt, aber ich hab leider nicht die finanziellen Möglichkeiten so viel rumzuprobieren, ich hab 0€ Einkommen im Moment und möchte u.a. deswegen an einen Eigenbau ran und was ich mal wieder DRINGEND brauche ist ein Erfolgserlebnis :wallbash: Ich liebe das boarden im Moment über alles und beschäftige mich damit schon fast zu viel...

                      Das hier ist der beste Threat, den ich zu dem Thema gefunden habe, nach einer ganzen langen zeit Sufu hier und bei den Silberfischen...

                      @Alex Weefunk: isset so in Ordnung?

                      Einen ganz großen dank im vorhinein an jeden der mir weiterhelfen kann und möchte!

                      Der Greg grüßt ganz herzlich!

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                      • #12
                        hi,
                        ohne jetzt neunmal klug klingen zu wollen. du wirst es ausprobieren müssen. denke niemand wird dir hier ne formel geben die dir ausspuckt wieviel glas.
                        zuviele faktoren spielen damit rein. beim ersten mal hab ichs ausprobiert, und zwar mehr oder weniger lage für lage. kostet zeit, da du die trockenzeiten hast, aber vielleicht besser als am ende zu hart.
                        jetzt kann ich dir noch nach sagen wie ichs gemacht hab. haben 2 bretter aus 2*4mm birke multplex gebaut, hatten ca 300er glas (Köperbindung) und ein ordenltiches epoxy system. bei beiden brettern wurden es unten 3 lagen davon. bei einem board auch noch oben 2 lagen gegeneinander versetzt laminiert, was eine deutliche versteifung gebracht hat.
                        bin ein gutes stück leichter als du also würd ich eher 4 lagen unten rechnen, oder schwereres glas, unidirektionale fasern ...
                        ab hier wirds dann schon wieder gefühlssache, da nur du weißt wie hart oder weich du es tatsächlich willst.
                        also das sind meine erfahrungs werte bei 8mm birke. beide bretter flexen, eins mehr das andere weniger. sie sind dünn, leicht und sehr belastbar.
                        hoffe dir hilfts
                        grüsse

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                        • #13
                          Das Problem ist einfach, dass die normale Balkentheorie ( die der Björn soweit ich weiss am Anfang von diesem Thread erleutert hat, bin zu faul zurückzuscrollen^^ ) nur für homogene Werkstoffe gilt, heisst nur Holz, nur Kohlefaser, etc....

                          ...der Sinn vom leichtbau ist aber einen leichten Kern ( Holz oder leichter ) auf der Unterseite Faser zu verstärken und ab da wirds kompliziert weil dein Werkstoff nicht mehr homogen ist. Da kommt das Thema Sandwich theorie ins Spiel. Die Sandwich theorie macht genau das, im Prinzip stellst du eine Differentialgleichung auf deren Grad von der Anzahl deiner Materialien abhängt. Die gilts dann zu lösen und schon hast du eine Antwort auf alles was unter den Begriff "Ausprobieren" fällt.

                          Also hast du zwei optionen
                          a) Deck bauen wie vom Papa beschrieben und bis zur gewünschten Steifigkeit auf der Unterseite verstärken.
                          Pro: Du musst kein Mathegenie sein
                          Contra: Es kostet Zeit ( wobei wahrscheinlich auch nich mehr als die DGL zu lösen^^) und du hast Festigkeitsverluste wenn du immer auf schon ausgehärtetes Epoxy neu auflaminierst...

                          b) Sandwichtheorie googlen, DGL aufstellen, lösen, bauen, fertig is die Wurst
                          Pro: Du weisst vorher genau wies aussieht und kannstes in einem aufwasch bauen
                          Contra: Grundlagen der Differentialrechnung müssen irgendwo in deinem Kopf oder einem guten Buch rumgeistern


                          ....so far...immer schon rollen lassen:D
                          I'M Back BITCHES!!!...

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                          • #14
                            Danke ihr beiden bis hier hin!
                            ich bin für weitere Meinungen dankbar!

                            wenn ich so ein skippy/slalom mit 3 cm Chamber bauen will, was würdet ihr mir für eine Presse empfehlen...also unterdruck mal ausgenommen, das bekomme ich echt nicht hin mit dem kühlschrankkram *g* und ne concarvepresse baruch ich ja bei so nem Brett nicht...

                            Sebo und ich haben bis spät in die nacht darüber nachgedacht, sind aber zu keinem wirklich gescheiten ergebnis gekommen...

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                            • #15
                              als presse 2 dicke bretter,dazwischen eine styrodurform für den vorspann.

                              das ganze projekt ausrechnen zu wollen,davon würd ich abstand nehmen.
                              du hast nicht die genauen E-modele der materialien,nicht den genauen faservolumenanteil deiner glasschichten.
                              selbst wenn du näherungsweise die richtigen werte treffen solltest,könntest du nur eine ausage über die durchbiegung erhalten,nicht aber wie agressiv oder weich der flex ist.

                              für dein projekt würd ich 2x 4mm birkensperrholz und dann 200g/m2 unidirektionales glas schicht für schicht auflamminiern bis der flex stimmt.
                              ich selber hab ein board dieser grössenordnung gebaut, 1cm vorspann, concave,600g/m2 glas,ist bockhart geworden.

                              am besten du fragst nach efahrungswerten im www.cruisin.de forum,dort werden erheblich mehr slalomboards gebaut als hier.

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