der Carbon-aHeadcap/schaltwerkskäfig/sattel - Selbstbau Thread

[gleiter]

@ absolut weltklasse deine arbeit , aber auch der bikaholics hat was los

 

[raceratbikes]

Der ganze Thread enthält ja recht viel "erbauliches"! Respekt für die "Trial and Error" Leistung! Bei den ganzen Diskussionen um das Gewicht und die Haltbarkeit vermisse ich ein entscheidendes Detail: BERECHNUNG.

Die FEM gibt es, naja fast, schon ewig. Und auch gute Programme als freeware sowohl für Linux als auch für Windows (z.B. Calculix). Wieso wird also drauflosgebastelt und nicht erst drauflosgedacht???

PS: Ein Experiment ist eine Frage an die Natur. Und wer blöd fragt, kriegt ne blöde Antwort! So ähnlich ist das auch bei der FEM...

NEIN; Fem bei 3 Achsigen Spannungzustaenden in Verbundwerkstoffen und etwas komplexeren Formen der Modelle geben mit heutigen Softwares kein brauchbares Resultat.
Gruss

 

[anfreund]

NEIN; Fem bei 3 Achsigen Spannungzustaenden in Verbundwerkstoffen und etwas komplexeren Formen der Modelle geben mit heutigen Softwares kein brauchbares Resultat.
Gruss

Da muss ich Dich leider enttäuschen. Die Aussage ist schlichtweg falsch! Mit Volumenmodellen lassen sich gerade 3-achsige Spannungszustände hervorragend erfassen (siehe Bild ein paar Posts vorher). Die 3-Punkt-Biegprobe hat infolge Delamination einen solchen Spannungszustand. Es hängt lediglich von den verwendeten Werkstoffmodellen ab, ob oder besser inwieweit die Realität abgebildet werden kann.

@bikeaholics.de Warum sollte ich den gefrustet sein? Ich habe die Frage der Berechnung in den Raum gestellt, weil z.B. Probleme mit der Festigkeit eines Sattels aufgetaucht sind und Trial and Error nicht immer optimale Ergebnisse bringt...

 

[mete]

Da muss ich Dich leider enttäuschen. Die Aussage ist schlichtweg falsch! Mit Volumenmodellen lassen sich gerade 3-achsige Spannungszustände hervorragend erfassen (siehe Bild ein paar Posts vorher). Die 3-Punkt-Biegprobe hat infolge Delamination einen solchen Spannungszustand. Es hängt lediglich von den verwendeten Werkstoffmodellen ab, ob oder besser inwieweit die Realität abgebildet werden kann.

@bikeaholics.de Warum sollte ich den gefrustet sein? Ich habe die Frage der Berechnung in den Raum gestellt, weil z.B. Probleme mit der Festigkeit eines Sattels aufgetaucht sind und Trial and Error nicht immer optimale Ergebnisse bringt...

Das ändert nichts daran, dass Dir schlichtweg die richtigen Werkstoffparameter fehlen. Ein Stück Laminat aus einem Bauteil heraussägen und dieses dann mit herkömmliche Methoden ala Zug- oder 3P/ 4P Biegeversuch ermitteln zu wollen, so wie es zum größten Teil gehandhabt wird, führt jedenfalls mit Sicherheit nicht zum korrekten Ergebnis, Berechnung derselben aus den Daten der Verbundpartener ebenso nicht. In der Luftfahrt werden zum Beispiel komplette Bauteile, so wie sie später zum Einsatz kommen, hin auf ihre Eigenschaften und Versagenslasten getestet, das hat irgendwie auch was von Trial and Error, nicht? Und die Möglichkeiten und das Know How zur Berechnung wäre gerade an dieser Stelle sicherlich vorhanden.

 

[chen-lee]

jau, ich auch n bissl klugsch...
1)

Zitat von anfreund
Der ganze Thread enthält ja recht viel "erbauliches"! Respekt für die "Try and Error" Leistung! Bei den ganzen Diskussionen um das Gewicht und die Haltbarkeit vermisse ich ein entscheidendes Detail: BERECHNUNG.

falsch geklugsch.. - es heißt "trial and error", da hat anfreund schon recht, oder wolltest du wat anderes sagen

2)
ansonsten stimme ich mal eher dem rest als anfreund zu - ich habe mich mal ein studium lang mit FEM rumgeschlagen und habe dann mal mit FEM promoviert und auf dem Feld gearbeitet (auch mit Versuchen, Vergleichen etc.) - es gibt schöneres. Man kann alles hinrechnen was man will - und es stimmt, dass alles seeehr von Eingabeparametern etc. abhängt - besonders bei komplizierteren Werkstoffen und wenn solche Sachen nichtmal in Serie gemacht werden /und die meisten im Forum wahrscheinlich keine FE Spezialisten sind) - aber bunte Bilder gibt es . Dass das Ganze nicht so einfach ist zeigt sch wohl auch daran, dass ein Bekannter von mir z.B. über Delaminierungen von Verbundwerkstoffen bei Wechselbeanspruchungen promoviert hat... ja, die Wechselbeanspruchung beim Radln ist noch ned drin .. usw. - daher ist das doch alle für uns fröhliche biker zuviel

 

[anfreund]

Das ändert nichts daran, dass Dir schlichtweg die richtigen Werkstoffparameter fehlen.

Falsch. Die Werkstoffdaten für unidirektional verstärkte und bidirektional verstärkte Kunststoffe (sowohl Harze als auch Thermoplaste) liegen vor.

Ein Stück Laminat aus einem Bauteil heraussägen und dieses dann mit herkömmliche Methoden ala Zug- oder 3P/ 4P Biegeversuch ermitteln zu wollen, so wie es zum größten Teil gehandhabt wird, führt jedenfalls mit Sicherheit nicht zum korrekten Ergebnis, Berechnung derselben aus den Daten der Verbundpartener ebenso nicht.

Da ein Laminat aus mehren Einzelschichten (lat. lamina) besteht und für diese Schichten die Werkstoffdaten vorliegen, kann auch das gesamte Laminat bei bekanntem Winkel der Einzellagen realitätsgetreu berechnet werden. Das angesprochene Rückrechnen aus den Versuchsdaten wird auch als "reverse-engineering" bezeichnet und ist ein probates Mittel zur Kontrolle der Einzelschichtkennwerte.

In der Luftfahrt werden zum Beispiel komplette Bauteile, so wie sie später zum Einsatz kommen, hin auf ihre Eigenschaften und Versagenslasten getestet, das hat irgendwie auch was von Trial and Error, nicht? Und die Möglichkeiten und das Know How zur Berechnung wäre gerade an dieser Stelle sicherlich vorhanden.

Ein abschließender Test ist für die Zulassung des Teils zwingend vorgeschrieben. Dies ist Teil des Festigkeitsnachweises. Für diesen sind übrigens auch Simulationen notwendig. Ohne Simulation (FEM) ist die Entwicklung von Großbauteilen gar nicht mehr möglich. Und vorallem nicht in der Luftfahrt.

 

[Mr.Hyde(TF)]

Der ganze Thread enthält ja recht viel "erbauliches"! Respekt für die "Trial and Error" Leistung! Bei den ganzen Diskussionen um das Gewicht und die Haltbarkeit vermisse ich ein entscheidendes Detail: BERECHNUNG.

Die FEM gibt es, naja fast, schon ewig. Und auch gute Programme als freeware sowohl für Linux als auch für Windows (z.B. Calculix). Wieso wird also drauflosgebastelt und nicht erst drauflosgedacht???

PS: Ein Experiment ist eine Frage an die Natur. Und wer blöd fragt, kriegt ne blöde Antwort! So ähnlich ist das auch bei der FEM...

Mehrere Gründe hat das, die da auch teils schon genannt wurden:
-Zum einen ist (nach meinem Stand, den auch raceratbikes schon beschrieb) FEM für komplex geformte Bauteile unter mehrachsigen Spannungszuständen derzeit noch gar nicht so einfach.
-Zum anderen ist FEM völlig unbrauchbar, wenn derjenige, der den Rechner mit Daten füttert falsche Daten reinsteckt, falsche annahmen trifft, oder keine Ahnung hat, wie er das bunte Bildchen letztlich deuten soll.
-Zum dritten braucht man für simple Beanspruchungsarten keine FEM, das kann man mit einem Stift, einem Blatt Papier und einem Taschenrechner.
-Zum vierten gibt es hier vielleicht sogar Leute, die hier und da mal eine FEM machen, oder zum Stift greifen, nur sagen die es vielleicht nicht immer dazu
-Zum fünften, auch das wurde schon genannt, ist es nicht bei allen Teilen nötig groß was zu berechnen.
-Zum sechsten, warum nicht als Hobbybastler auf einen gesammelten Try-n-Error-Erfahrungsschatz zurückgreifen wie hier? In der Menge ist das ja fast schon eine empirische Methode...

Und zu guter letzt habe ich Euch noch zwei Bildchen in den Anhang gepackt, und @ anfreund, da wurde recht ausgiebig dran rumgerechnet, ein klein bisschen per FEM, und hauptsächlich per Kugelschreiber, Lehrbuch und Blatt Papier.

 

[anfreund]

Nicht das hier ein falscher Eindruck entsteht: mein Respekt für die gelungenen Arbeiten.

Mir geht es vielmehr um die teilweise blauäugige Herangehensweise à la "ich hab noch nie mit dem schwarzen Zeug gearbeitet, will mir aber einen Lenker bauen oder besser eine Bremsscheibe". Da wäre zumindest eine überschlägliche Rechnung angebracht. Naja man hätte ja im Krankenhaus immer noch Zeit dazu...

Die FEM hat sich in den letzten Jahren mit großen Schritten weiterentwickelt. Der Einsatz von Carbon im Automobilbau war auch nur durch die FEM, wie sie jetzt ist, möglich. Mir ist schon klar, dass nicht jeder mit Simulation arbeiten möchte - aber Halbwissen sollte nicht verbreitet werden.

@Mr.Hyde(TF) Genau dieses bisschen rumrechnen führt doch schneller zum Ziel, oder?

 

[Mr.Hyde(TF)]

Falsch. Die Werkstoffdaten für unidirektional verstärkte und bidirektional verstärkte Kunststoffe (sowohl Harze als auch Thermoplaste) liegen vor.

Ja, Katalogwerte, hervorragend... Die werden praktisch nie erreicht, und sind zudem im Produkt gar nicht zu erreichen, weil man immer Fehlstellen produziert bei der Herstellung...

Da ein Laminat aus mehren Einzelschichten (lat. lamina) besteht und für diese Schichten die Werkstoffdaten vorliegen, kann auch das gesamte Laminat bei bekanntem Winkel der Einzellagen realitätsgetreu berechnet werden. Das angesprochene Rückrechnen aus den Versuchsdaten wird auch als "reverse-engineering" bezeichnet und ist ein probates Mittel zur Kontrolle der Einzelschichtkennwerte.

Setzt aber dann eine entsprechende Werkstoffprüfung voraus, welcher Hobbybastler hat denn eine Maschine für einen Zugversuch, oder noch besser einen Prüfstand für Dauerschwingbelastungen im Keller stehen?

Ein abschließender Test ist für die Zulassung des Teils zwingend vorgeschrieben. Dies ist Teil des Festigkeitsnachweises. Für diesen sind übrigens auch Simulationen notwendig. Ohne Simulation (FEM) ist die Entwicklung von Großbauteilen gar nicht mehr möglich. Und vorallem nicht in der Luftfahrt.

Die allermeisten Teile hier müssen aber nicht zwangsweise Luftfahrtzertifiziert werden
Und Großbauteile sind die meisten der vorgestellten Teile auch nicht...

 

[chen-lee]

-Zum anderen ist FEM völlig unbrauchbar, wenn derjenige, der den Rechner mit Daten füttert falsche Daten reinsteckt, falsche annahmen trifft, oder keine Ahnung hat, wie er das bunte Bildchen letztlich deuten soll.
-Zum dritten braucht man für simple Beanspruchungsarten keine FEM, das kann man mit einem Stift, einem Blatt Papier und einem Taschenrechner.
-Zum vierten gibt es hier vielleicht sogar Leute, die hier und da mal eine FEM machen, oder zum Stift greifen, nur sagen die es vielleicht nicht immer dazu
QUOTE]

das schlimme ist, dass in der praxis FEM sehr geläufig ist aber da leuet leider nix mehr interpretieren (bei mir im bauwesen trifft man daher beim überprüfen von statiken etc. immer wieder auf solche, die nicht mehr den "stift" benutzen können, weil sie denken dass alles richtig ist, was der compi ausspuckt (daher hyde (studierst ja noch, gell?)) - einstellung beibehalten!!

 

[Mr.Hyde(TF)]

@Mr.Hyde(TF) Genau dieses bisschen rumrechnen führt doch schneller zum Ziel, oder?

Nö, rechnen dauert länger als direkt drauflosbauen. Ist aber zweifellos sinnvoller. Aber nicht jeder, der ein bisschen bastelt, ist Ing. oder studiert was in die Richtung. Wenn wer überhaupt keine Ahnung hat, und sich an sicherheitsrelevante Teile setzen will als Erstlingswerk, der wird hier schon entsprechend abgewatscht, das gab es schon häufiger. Und für weniger kritische Teile ist das hier vorhanden Wissen bzw. der Erfahrungsschatz ausreichend. Meine Meinung jedenfalls.
Hier ist auch noch niemand ernsthaft zu Schaden gekommen durch selbstgebaute Teile, meines Wissens. Es reguliert sich hier also alles ganz gut selbst.

 

[Mr.Hyde(TF)]

das schlimme ist, dass in der praxis FEM sehr geläufig ist aber da leuet leider nix mehr interpretieren (bei mir im bauwesen trifft man daher beim überprüfen von statiken etc. immer wieder auf solche, die nicht mehr den "stift" benutzen können, weil sie denken dass alles richtig ist, was der compi ausspuckt (daher hyde (studierst ja noch, gell?)) - einstellung beibehalten!!

Ja genau das sagt unser TM-Prof ja auch immer, wer nicht mit einem Stift in einer halben Stunde sowas ausrechnen kann, dem bringt auch eine FEM nicht viel. Ist auch was dran. Wie oft hatte ich schon Teile, bei denen die FEM irgendwelche hanebüchenen Ergebnisse ausgeworfen hat (gut, ich bin noch nicht so weit im Studium, dass ich mich mit FEM ausführlich hätte beschäftigen dürfen, daher saß der Fehler vorrangig vor dem Bildschirm). Dann nicht zu hinterfragen, was der PC auswirft, sehr kritisch. Und wer von TM keine Ahnung hat, der sieht halt nicht zwingend, wenn die FEM mist auswirft.

 

[mete]

Falsch. Die Werkstoffdaten für unidirektional verstärkte und bidirektional verstärkte Kunststoffe (sowohl Harze als auch Thermoplaste) liegen vor.

es geht um REALE Werkstoffkennwerte des Verbundes und wie die ermittelt werden, ist größtenteils einfach lächerlich, dass da irgendwas bei herauskommt, ist schon klar, mit den tatsächlichen Parametern hat das aber nichts zu tun.

 

[raceratbikes]

Da muss ich Dich leider enttäuschen. Die Aussage ist schlichtweg falsch! Mit Volumenmodellen lassen sich gerade 3-achsige Spannungszustände hervorragend erfassen (siehe Bild ein paar Posts vorher). Die 3-Punkt-Biegprobe hat infolge Delamination einen solchen Spannungszustand. Es hängt lediglich von den verwendeten Werkstoffmodellen ab, ob oder besser inwieweit die Realität abgebildet werden kann.

... ach ja? Meine Aussage ist falsch ?!?!.... ja dann wirst du es schon besser wissen ;-)
Das was METE und Mr.Hyde geschrieben haben ist voellig korrekt. Wer was anderes behauptet der zeigt nur dass er nix weiss von der Praxistauglichkeit von FEA in der Verbundstofftechnik.
und nochwas; taeusche dich nicht; es gibt hier im Forum so manchen der sich mit der Materie sehr gut auskennt aber es nur nicht mit einer grossen Klappe herumposaunt.
Gruss

 

[anfreund]

... ach ja? Meine Aussage ist falsch ?!?!.... ja dann wirst du es schon besser wissen ;-)Gruss

Bezieht sich auf die mehrachsigen Spannungszustände, die sich sehr wohl erfassen lassen. Für Alu hat es ja auch bei Deiner Alu-Dämpferaufnahme geklappt...

Das was METE und Mr.Hyde geschrieben haben ist voellig korrekt. Wer was anderes behauptet der zeigt nur dass er nix weiss von der Praxistauglichkeit von FEA in der Verbundstofftechnik.

Die angesprochene Praxistauglichkeit ändert sich quasi täglich. Das zeigen z.B. die NAFEMS-Seminare zu diesem Thema (www.nafems.org)

 

[anfreund]

es geht um REALE Werkstoffkennwerte des Verbundes und wie die ermittelt werden, ist größtenteils einfach lächerlich, dass da irgendwas bei herauskommt, ist schon klar, mit den tatsächlichen Parametern hat das aber nichts zu tun.

Reale Bauteile (Prüfkörper) enthalten nun leider auch immer Imperfektionen. Diese kann man nur rudimentär über (Un)Sicherheitsfaktoren berücksichtigen. Soweit stimme ich Dir zu. Für die Verbundkennwerte z.B. UD-Schicht gibt es ZDT-Rohre, bzw. Flachzuproben. Da kommt man sauber an die Kenndaten ran.

Für den Rest gitbt es Formeln (Chamis, Puck, VDI2014), um aus den Werten der Komponenten (Matrix, Faser) die Kenndaten der Einzelschicht zu berechnen. Die Festigkeiten lassen sich über mikromechanische Modell herleiten (nur angenähert) - über FEM recht genau.

 

[jones]

Bezieht sich auf die mehrachsigen Spannungszustände, die sich sehr wohl erfassen lassen. Für Alu hat es ja auch bei Deiner Alu-Dämpferaufnahme geklappt...

richtig - für alu...

aber ein laminat ist ja eben nicht wie ein stück alu, das man beim großhändler kaufen kann.

 

[anfreund]

richtig - für alu...

aber ein laminat ist ja eben nicht wie ein stück alu, das man beim großhändler kaufen kann.

Was hindert Dich aber daran, die Werkstoffkennwerte fürs Laminat zu berechnen (bzw. hinreichend genau abzuschätzen) und den Spannungszustand damit zu bestimmen?

BTW: Vielleicht sollte man die Berechnungsdiskussion in einen eigenen Thread packen...

 

[mete]

Reale Bauteile (Prüfkörper) enthalten nun leider auch immer Imperfektionen. Diese kann man nur rudimentär über (Un)Sicherheitsfaktoren berücksichtigen. Soweit stimme ich Dir zu. Für die Verbundkennwerte z.B. UD-Schicht gibt es ZDT-Rohre, bzw. Flachzuproben. Da kommt man sauber an die Kenndaten ran.

Für den Rest gitbt es Formeln (Chamis, Puck, VDI2014), um aus den Werten der Komponenten (Matrix, Faser) die Kenndaten der Einzelschicht zu berechnen. Die Festigkeiten lassen sich über mikromechanische Modell herleiten (nur angenähert) - über FEM recht genau.

Bei UD In Faserrichtung und senkrecht dazu überhaupt kein Problem, das stimmt, nur was machst Du bei Belastung z.B. 25° schräg zur Faser (außerhalb der Orthotropieachsen=vollstandändig anisotrop)? Da ergibt zumindest eine Flachzugprobe keinen Sinn, die Hälfte der Fasern läuft ja aus der Zugprobe heraus, ZDT Rohre kenne ich nicht, muss ich zugeben, wie sieht das aus? Die Berechnung der Laminateigenschaften aus den Eigenschaftern der Einzelkomponenten ist besonders bei Verbundpartnern mit sehr unterschiedlichen Parametern mehr als ungenau, das bringt wenig Zählbares ohne praktische Vergleichswerte.

 

[anfreund]

... nur was machst Du bei Belastung z.B. 25° schräg zur Faser?

Klassische Laminattheorie hilft hier weiter. Kurz: die Schichteigenschaften werden entsprechend ihrer Richtungsanteile in das Probenkoordinatensystem transformiert. Daraus dann die Probekörpersteifigkeit ermittelt und belastet. Die globale Deformation kann dann über Rücktransformation in die Schichtkoordinaten zur Berechnung der lokalen Spannungen bzgl. der realen Faserrichtung genutzt werden.

ZDT Rohre kenne ich nicht, muss ich zugeben, wie sieht das aus?

Zug-Druck-Torsions (ZDT) Proben sind einfache Rohre mit definierter Faserwicklung.

Die Berechnung der Laminateigenschaften aus den Eigenschaftern der Einzelkomponenten ist besonders bei Verbundpartnern mit sehr unterschiedlichen Parametern mehr als ungenau, das bringt wenig Zählbares ohne praktische Vergleichswerte.

Genau dafür wurden die Mischungsregeln von Chamis, Puck oder aktuell auch VDI2014 Blatt 3 entwickelt!

 

[mete]

Klassische Laminattheorie hilft hier weiter. Kurz: die Schichteigenschaften werden entsprechend ihrer Richtungsanteile in das Probenkoordinatensystem transformiert. Daraus dann die Probekörpersteifigkeit ermittelt und belastet. Die globale Deformation kann dann über Rücktransformation in die Schichtkoordinaten zur Berechnung der lokalen Spannungen bzgl. der realen Faserrichtung genutzt werden.

Also wieder keine "echte" Messung .

Zug-Druck-Torsions (ZDT) Proben sind einfache Rohre mit definierter Faserwicklung.

Dankeschön.

Genau dafür wurden die Mischungsregeln von Chamis, Puck oder aktuell auch VDI2014 Blatt 3 entwickelt!

Ist das neu, kenn' ich nicht, muss ich mir mal ansehen. Es ist aber auch schon eine Weile her, dass ich mich mal damit beschäftigt habe.

Du musst aber zugeben, für den Normalsterblichen, der nicht täglich beruflich damit zu tun hat und einfach nur mal einen Sattel für den Eigenbedarf bauen möchte, ist es quasi nicht möglich und auch nicht sinnvoll sich verdammt teure Software ins Haus zu holen, mit der er sowieso nie effektiv arbeiten kann. Für den Preis einer FE- Lizenz kann ich wahrscheinlich 1000 Probesättel bauen und nach 20 Stück ist das Ergebnis wahrscheinlich noch besser oder zumindest gleichwertig zum berechneten Modell .

 

[anfreund]

Kleiner Hinweis noch:

Es gibt freeware FEM und Wikipedia für die Formeln . Und dann noch Leute, die nix anderes machen als FEM und Faserverbund. Ich kenn da welche ;-)...

PS: Bei mir hat sich ein Carbonsattel verabschiedet und der wird jetzt nachgerechnet.

 

[jones]

Was hindert Dich aber daran, die Werkstoffkennwerte fürs Laminat zu berechnen (bzw. hinreichend genau abzuschätzen) und den Spannungszustand damit zu bestimmen?

BTW: Vielleicht sollte man die Berechnungsdiskussion in einen eigenen Thread packen...

die ganze diskussion gab´s, soweit ich mich erinnern kann, schonmal...

 

[CubElite]

So, hier mal meine neue CFK Stütze!
Gewicht kann ich leider grad nicht sagen, hab vergessen zu wiegen bevor ich die Stütze eingebaut hab...
Maße: 30,9 Durchmesser und ca 370 lang.
Hat die ersten Probefahrten auch problemlos gehalten (im gegensatz zum Erstversuch ).
Geklemmt wird mit spezieller CFK-Stützen Klemme und Dynamics Montagepaste.

 

[lizenzradler]

schmuck, schmuck

haste das teil an der stelle, wo der balken durchgeht, noch verstärkt oder nur angebohrt? wäre nämlich evtl ne schwachstelle