Kraftermittlung einer Landung, nach einem Drop

D

Der Yeti

Guest
Hallo Gemeinde!
Vorsichtshalber stelle ich diese Frage einmal hier, vielleicht kennt sich jemand von Euch ja ein bissl mit dieser Materie aus.
Also, folgende Frage:
Welche Kraft x muss auf den Dämpfer y wirken, damit dieser seinen vollen Federweg ausnutzt???
Uneigennützig, wie ich bin, nehme ich für eine Beispielrechnung, die ich mir überlegt habe, einfach mal die Werte meines Bikes:D
Als da wären: Rotwild R.E.D.: Federweg am Heck: 180 mm, Übersetzung: 1:3,
Federrate: 450 lbs( x 0.45359 g) , Hub: 63.5 mm, max Federweg der Feder: 72 mm
So hoffe, ich habe erst mal nichts vergessen.
Nun zu meiner Überlegung:
Welche Faktoren spielen bei der Landung von einem Drop eine Rolle? Natürlich zunächst einmal der Winkel des Bodens, auf dem man landet...Es ist sicherlich ein Unterschied, ob man in eine Ebene springt, oder in eine Schräge, das ist klar.
Nehmen wir einmal an, ich springe in die Ebene.
So wird meines Erachtens die Rechnung einfacher, denn ich habe keine Ahnung in wie fern sich die Schräge auf die Berechnung der Kraft des Aufpralls auswirkt...Vielleicht kann hier schon jemand helfen...
Also wir haben eine 450 lbs Feder verbaut, das heißt wir benötigen 450 Pfund, um die Feder einen Zoll zu komprimieren.
Die Feder hat eine Federkonstante von 78.84 N/mm, also ergibt sich bei dem Einfedern auf 72 mm eine Belastung von 5676.48N/mm

Ich brauche also 5676.48N/mm um die Feder vollständig zu komprimieren.

Dies ist nun die Kraft, die auf die Feder wirken muss, damit sie durch den Aufprall vollständig zusammengedrückt würde.
Nun zu meinen Daten: Gewicht beim Biken beläuft sich auf 63 kg
Daten des Bikes: Gewicht beläuft sich auf 16.9 kg, gehen wir einmal von 17 kg aus.
Das heißt es ergeben sich 80 kg.

Ergo:1 Pfund x 4.45 ergibt Newton
-->>Zoll: 25.4 mm
4.45:25.4= 0.175N/mm

Ergo: 1 KG x 9.807 ergibt Newton
-->> Zoll: 25.4
9.807: 25.4= 0.386N/mm
Das Ganze x 80 ergibt die Kraft für 80 kg, die Bike und ich zusammen haben.
0.386 N/mm x 80 = 30.88 N/mm


Nun müsste man die anderen Faktoren, wie Übersetzungsverhältnis und Kraftwegnahme durch die Federgabel, sowie Fallhöhe auch noch in Bezug setzen, mit dem, was wir gerade neutral errechnet haben.
An dieser Stelle verlassen mich meine Überlegungen, und bitte daher, um evtl. Lösungsansätze, die das problem vereinfachen.

MFG, und danke für Eure Mühe, ALEX
 
Die Federgabel verhält sich wohl analog zum Dämpfer. Wenn man die beiden als paralleles Federsystem betrachtet, addieren sich die Federhärten.

Der ausgenutzte Federweg hängt dann auch davon ab, wie das Gewicht auf dem Bile verteilt ist (Sitzposition), also je nachdem, welches Gewicht jeweils auf Gabel / Dämpfer lastet.

Das wird dann schnell sehr kompliziert / umfangreich ;)
 
Das macht nix:D
Wir haben ja alle sehr viel Zeit.
Nehmen wir an, die Kraft verteilt sich gleichmäßig auf Gabel und Dämpfer, also ist der Fahrer zentral auf dem Bike.

Die Kraft müsste sich für den Dämpfer also verdoppeln, damit er zum Anschlag gebracht wird?

Das wären dann 11325.96 N/mm???:eek:

Ist meine Rechnung verkehrt, oder stimmt das soweit?:D
 
Ich habs gerade mal mit einigen Vereinfachungen durchgerechnet:

- Statt Gabel/Hinterbau, nur Hinterbau betrachtet, dafür nur mit 40kg belastet
- Keine Progression der Hinterbaukennlinie
- Keine Dämpfung

Dann kam bei mir ca. 54cm Drop-Höhe heraus. Das ist deutlich zu wenig, da gerade die Progression und Dämpfung eigentlich nicht vernachlässigbar ist (vermutlicher Einfluss Faktor >2). Und es ist ja ein Sprung ins Flat, also worst case...
 
dein Dämpfer hat aber ein Übersetzungsverhältnis von 1:3, die Federgabel nicht. Der Federweg ist maximal 72mm aber der Hub vom Dämpfer nur 63.5mm, maximal FW der Feder ist also auch 63.5mm also 63mmx79N/mm=4950N (alles abgerundet), durch drei ergibt: 1660N dazu noch 1660N für die Gabel (angenommen die Gabel hat die gleiche Federrate wie der Dämpfer) sind: 3320N also ca. 330kg (bei g=9.81N/s2) um beide Elemente ganz zu komprimieren. Dann gibt es ja noch die Reibungsverluste die beim Dämpfer entstehen... wie hoch die sind kann ich dir allerdings nicht sagen. Jetzt könnte man noch ausrechnen wie hoch dein Sprung sein muss um damit beide Elemente durchschlagen :D
 
Dann kam bei mir ca. 54cm Drop-Höhe heraus.
Zum Vergrößern anklicken....
könnte doch hinkommen, dass der dämfer bei nem halben meter durschlägt.;) wenn der yeti jetzt bitte mal probieren würde 50cm zu droppen und dabei knie, wirbelsäule und arme garnicht (!) zu betätigen. also sozusagen wie ein brett auf seinem rad bleibt.:D
wenn das so nicht zu schaffen ist könnten wir die gelenke vorher eingipsen :eek:
 
stimmt alles^^
@ flyingscot: würdest du das nochmal für mein ht durchrechnen. falls 0cm rauskommen is das völlig OK, weil ich mich drops nur runterbeame: ich dematerialalisiere mich auf dem northshore um mich auf der landung wieder zu materialisieren.
für den fall braucht ihr schon 'milchmädchenQUANTENmechanik'!
 
Hallo,
dein Ansatz mit den Kräften führt dich nicht ans Ziel.
Du musst hier mit einem Energie-(Arbeit)-Ansatz rechnen.

Drop: E=g*m*h potentielle Energie

und diese Energie muss das Feder-Dämpfer-System in Form von Arbeit aufnehmen:

Arbeit lineare Feder: WF = 0.5*k*s^2 (k = Federkonstante)
Arbeit Dämpfer: ??? Integral der Kraft über den Weg
 
Schon mal wieder sehr geil, was ihr hier so schreibt:lol:

Also erstmal zu meinem allerersten Post.
Das mit den 80 kg war der größte Mist...
Da habe ich ausgerechnet wieviel Energie ich brauche um eine 80 kg Feder 1 mm zu komprimieren:lol:..Naja die frühen Morgenstunden mag ich nicht so.

Nun zu dem was jetzt hier läuft.
Vorne habe ich keine 180 mm sondern nur 160 mm.
Die Domain hat die 63-81 kg Feder verbaut, also die 2tschwächste.
Welche Federkonstante die hat?Keine Ahnung.

@Janikulus: Gute Überlegung:daumen:
Mich würde schon die Fallhöhe interessieren, bei der der Dämpfer an die Grenzen kommt.
Natürlich nur rein rechnerisch;)

Die Idee mit"Lass dich mal von ner 3er Treppe(50 cm) fallen, ohne die Gelenke zu betätigen halte ich für unmöglich, denn man benutzt ja automatisch bei der Landung Knie-Gelenke, und so weiter.

Falls ihr drauf besteht, kann ich das aber gerne mal machen:lol:

mal was anderes: Bin letztens 1 m ins Flat gehüpt(nein bin kein Flatdropper:rolleyes: ) und der Dämpfer hat gerade einmal die 3/4 des vollen Federwegs ausgenutzt, auch wenn ich mit den Beinen abgefedert habe.

Alleine deswegen stelle ich die Theorie mit dem Durchschlag bei 50 cm mal schwer in Frage.

Dafür habe ich nun einen anderen Ansatz.
In einem sehr alten Thread ging es um die Kraft, die das bike bei einem 3 m Flatdrop absorbiert.(Es ging nur um die rechnung, nicht ums Machen;))

Es ergab sich für ein Gesamtgewicht von 100 kg 2943Nm was ja sogar unter dem Wert von sagen wir 3200 N(Gabel etwas weniger federweg) liegt...:rolleyes:

Irgendwie ist die rechnung aber gehörig falsch:eek:
 
Anstatt hier klugzu*******n, kannst Du auch mal zur Abwechslung nach einer Lösung suchen, wenn Du immer so klug tust:rolleyes:
 
wie gesagt, es geht nur quantenmechanisch!
©: cyclist (healthy)
¢: cyclist (destoyed)
↓: transition matrix element (drop)
Erwartungswert:
‹©|↓|¢›
ich denke das hat schon mal jemand durchgerechnet, und wir wollen ja das rad nicht neu erfinden;)
die frage ist aber zunächst, ob man es überhaupt störungstheoretisch machen kann, also ob die änderung des hamiltonoperators schnell oder langsam erfolgt (adiabasie^^). bei zu schneller änderung...ihr wisst schon: philadelphia-experiment und so...
 
Um die Höhe zu berechnen braucht man die kinetische Energie, das Gesetz der Energieerhaltung sagt das die Kinetische- gleich der Potentiellen Energie ist, dann braucht man noch die Zeit für die negative Beschleunigung also das Einfedern der Gabel und Dämpfer. Also:

Epot=m*g*h
Ekin=0,5*m*v²

-->0,5*m*v²=m*g*h --> v=wurzel (2*g*h)

Impuls p=m*v und p=F*t (t die Zeit für das Einfedern)

also F=m*v/t oder F=m*wurzel(2*g*h)/t

nach h aufgelöst: h=((F*t/m)^2)/(2*g)

wobei das hier vereinfacht ist und nur die kurzzeitige Kraft ausgerechnet werden kann, und man die Zeit für das Einfedern annehmen muss, da abhängig von der Dämpfung. Könnte aber grob gepeilt die Höhe geben.
 
Kurze Skizze meiner Berechnung:

- Vereinfachen des Problems: eindimensional, linear,
d.h. m=40kg wird von einer Feder mit s=18cm Länge und 1/3 der obigen Federrate D=1/3*450lb/in= ca. 26kN/m abgefedert.

- Symmetrisches Problem: Auftreffgeschwindigkeit auf den Boden muss identisch sein mit der "Abfluggeschwindigkeit" eines 40kg-Stückes welches durch die voll komprimierte Feder beschleunigt wird.

- Berechnung der "Abfluggeschwindigkeit":

F(s)=m*a(s)=m*v(s)/s' <=>
v(s)=F(s)/m*s'/v(s) <=>
v^2(s)=F(s)/m *s'

Während des Weges s' ändert sich die Federkraft F(s)=D*s, also Intergal:

v^2(s)=1/m*Int_{0}^{s}D*s ds'= 1/(2*m)*D*s^2 <=>
v(s)=sqrt(D/(2*m))*s = 3.24 m/s

- Andere Seite:
Ab welcher Fallhöhe wird 3.24 m/s erreicht?

s=1/2 gt^2
v=gt
=> s=1/2 v^2/g= ca. 0.53m

Wer findet den Denkfehler, abgesehen von den wissentlich eingegangenen Vereinfachungen...
 
Der Yeti schrieb:
A... kannst Du auch mal zur Abwechslung nach einer Lösung suchen,
Zum Vergrößern anklicken....
entweder kalimeros lösungsweg oder die frage wird neu gestellt.
so wie die frage im eröffnungsthread formuliert ist, gibt es dafür keine lösung.

warum? weil die komponente mensch fehlt.
der typ, der draufsitzt, ist zu wichtig, um ihn zu vernachlässigen.

-> "Man sollte alles so einfach wie möglich sehen - aber auch nicht einfacher." (A.E. Einstein)
 
noch ein anderes vom Einstein:

"Zwei Dinge sind unendlich, das Universum und die menschliche Dummheit, aber bei dem Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher"

:D
 
Bitte beachte unsere Verhaltensregeln beim Antworten. Danke 🙂

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