hydrofoil
-
Mijn naam is Yannick Wolters en ik zit in 6 VWO. Ik wil voor mijn PWS een hydrofoil uit gerecycled plastic (HPDE) gaan maken. Tot nu toe liep alles soepel, we weten hoe we het plastic gaan recyclen en vorm geven. Echter lopen wij nu vast op het probleem dat wij niet weten hoe we de krachten op de verschillende onderdelen, bijvoorbeeld de mast, moeten berekenen. Onze natuurkunde docent zij dat dit voor hem ook te lastig zou zijn omdat alle onderdelen aerodynamisch gevormd zijn en niet in een simpele balk vorm. Ook zijn alle hydrofoils op de markt gemaakt van carbon fiber dus wij verwachten dat er redelijk grote krachten op staan tijdens het surfen. Zou u ons hiermee kunnen helpen of doorsturen naar iemand die hier veel van af weet?
-
Hallo @yannickwolters ,
Leuk onderwerp! Waarom willen jullie de krachten op de mast berekenen als jullie een hydrofoil ontwerpen? Ik kan me voorstellen dat je de krachten op de hydrofoil wilt weten.
Je kunt een zogeheten "Free body diagram" tekenen. Dan teken je alle krachten en momenten in een schematische weergave van je boot. Je zult dan zien dat er verschillende krachten op de mast werken, bijvoorbeeld zwaartekracht, normaalkrachten van de bevestiging aan de boot en de kracht die gegenereerd wordt door de wind. De krachten op de mast zijn dus vooral afhankelijk van de windkracht. Aangezien je iets gaat ontwerpen dat niet mag breken kun je dus in een programma van eisen aangeven welke maximale windkracht de mast aan moet kunnen. Op deze manier kun je de krachten op de mast berekenen.
Groet,
Midas -
bedantk voor uw antwoord,
Echter heeft u mijn vraag niet helemaal goed begrepen ben ik bang. Ik wil een normale hydrofoil onder een surfplank gaan maken. Ook was er wat verwarring over wat ik bedoelde met de mast, dus heb ik hier een foto met de officiele termen voor de verschillende onderdelen:
. Waar mijn vraag over gaat is dat we niet weten hoe dik en stevig we de verschillende onderdelen moeten maken zodat de hydrofoil dik genoeg zal zijn om ten eerste niet te breken en het liefst ook zo stijf mogelijk te zijn, dit zorgt namelijk voor meer controle voor waarneer je op de hydrofoil staat. Zou u ons op weg kunnen helpen met wat voor een soort formules moeten gebruiken voor de dikte van verschillende onderdelen. Wij willen de hydrofoil maken voor iemand van 70 tot 85 kg, uit gerecycled HDPE. Als u denkt dat de onderdelen te groot en dik worden door het feit dat we ze uit HDPE willen gaan maken zouden we ook voor een ander hydrofoil desing kunnen gaan namelijk zoiets als wat onder normale boten te vinden is: 
of 
-
Hallo @yannickwolters ,
Kijk, dit was inderdaad vrij cruciale informatie. Hebben jullie al de krachten berekend die op de mast komen te staan? Wat daar zou ik dezelfde techniek voor toepassen als ik in mijn vorige bericht heb voorgesteld. Kijk vervolgens wat voor krachten er op het materiaal komen te staan. Dus schuifspanningen, torsie, drukkrachten, etc. Doe dus literatuuronderzoek naar welke krachten dit nog meer kunnen zijn. Vervolgens kun je de juiste formules bij deze krachten vinden. Kijk dan naar de materiaaleigenschappen van HDPE en vul deze in in de formules. Zo kun je de dimensies van je ontwerp berekenen.
Groet,
Midas -
Hallo @Midas-Becker ,
Ik heb nu een free bodydiagram getekend zoals je had voorgesteld, echter weet ik niet hoe ik nu krachten op de onderdelen moet berekenen.
Zou u hier mij verder mee kunnen helpen?Met vriendelijke groet,
Yannick Wolters -
Hoi @yannickwolters ,
Je kunt kijken welke spanningen en belastingen er op het materiaal komen te staan door de krachten. Hier staan een paar voorbeelden: https://nl.wikipedia.org/wiki/Mechanische_spanning. Vervolgens kun je op internet of in boeken naar de juiste formules zoeken en zo de waardes berekenen. Kijk dan wat de minimale afmetingen van je product moeten zijn zodat het niet kapot gaat.
Groet,
Midas -
Hoi @Midas-Becker ,
We hebben besloten om alleen de trek en duwspanningen op het materiaal te berekenen, de andere krachten zijn zo klein dat verwaarloosbaar zijn. Voor de trek en duwspanningen hebben we nu goeden formules gevonden, echter twijfelen we hoe we de trek en duw spanningen ontstaan door het moment van de verschillende krachten. We hebben de krachten in newton keer de hefboom in meter gedaan.
We hebben berekend dat er een kracht van 8 Nm aan de liner kant naar beneden staan en aan de rechter kant een kracht van 190Nm meter staat? Hoe moeten wij hier mee verder? -
Allereerst moeten jullie een krachten- en momentenbalans opstellen. Alle krachten in dezelfde richting moeten bij elkaar opgeteld 0 zijn. Dit geldt ook voor de momenten. Overigens drukken jullie soms krachten uit in Nm maar krachten druk je uit in N en momenten in Nm. Als je de krachten en momenten weet kun je inderdaad de formule van trek- en duwspanningen erbij pakken. Deze spanningen zijn echter overal in het materiaal anders. Je hoeft deze spanningen niet overal uit te rekenen maar alleen op de plekken waar jullie denken dat de spanningen het hoogst zullen zijn. Als je je product zo ontwerpt dat het materiaal daar de spanningen aan kan dan zal dat ook het geval zijn in de rest van je product. Je kies dus eigenlijk kritieke punten in je product en maakt daar een plak van in de richting waar de krachten op lopen.
Aan jullie formule sigma=My/I te zien willen jullie de normaalspanning berekenen. Meer info kun je hier vinden: https://nl.wikipedia.org/wiki/Sterkteleer. In het kort: sigma wil je weten, het moment M heb je net berekend, y is de afstand tot het midden van de dwarsdoorsnede van jullie product en I is het zogeheten oppervlaktetraagheidsmoment. Het oppervlaktetraagheidsmoment is voor elke vorm anders en moet je dus voor jullie "plak" zelf berekenen. Op internet kun je vinden hoe je het oppervlaktetraagheidsmoment voor verschillende vormen kunt berekenen. Zoek anders ook eens op internet naar uitleg of filmpjes over hoe je dit soort spanningen berekend. Het is moeilijk om jullie een les sterkteleer te geven via dit forum.
Succes!
Midas -
is er een oppervlaktetraagheidsmoment voor een druppelvorm, wij konden deze niet vinden online
-
beste @Midas-Becker ,
Wij hebben geprobeerd sigma(normaalspanning) te berekenen. Echter klopt de waarde die uit onze formule hoogstwaarschijnlijk niet en we weten niet waarom. als we de waarde van onze uitgerekende sigma en de elasticiteitsmodulus vergelijken is het verschil zo groot dat het niet kan kloppen.
We hebben M de momenten in Nmm genomen, Y de afstand tot de neutrale vezel ook in mm en I de oppervlaktetraagheidsmoment hebben we de oppervlaktetraagheids formule van een elips genomen en de waardes in mm ingevuld waar volgens mm tot de 4e uitkwam volgens wikipedia, wij vroegen ons ook nog af of er ook een oppervlaktetraagheidsmoment voor een druppelvorm bestaat. en we vroegen ons ook nog af of we voor het berekenen van de momenten de afstand van de kracht tot de neutraalvezel moeten nemen of de afstand van de kracht tot de aanhechting met de mast. -
Hoi @yannickwolters ,
Als jullie waarde ver afwijkt van wat jullie schatten dat de waarde is kan dat misschien zijn omdat jullie de dimensies niet helemaal goed hebben gebruikt in de formules. Ik zie namelijk vaak dat jullie rekenen met millimeters. Probeer eens eerst alles om te schrijven naar standaardeenheden zoals meters (m) en het dan nogmaals uit te rekenen. Het oppervlaktetraagheidsmoment van een druppelvorm kun je misschien vinden door meerdere vormen te combineren. Zo zou je het oppervlaktetraagheidsmoment van een driehoek kunnen combineren met een halve cirkel om zo een druppelvorm te benaderen.
Groet,
Midas