Frage:
Aufhängen eines Stahlgitters ohne nennenswerte Verformung
jm666
2015-03-11 18:05:32 UTC
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Ich habe ein geschweißtes Stahlgitter, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

steel mesh.

  • Material: Stahl
  • Durchmesser des Drähte: 4 mm
  • Netz: 15 x 15 cm

Ich habe die folgenden Informationen zu den Schweißnähten gefunden:

  • die minimale relative Festigkeit Anzahl der Schweißnähte bei Scherung: F ms sub> = 4,4 kN

Ich möchte aus diesem Netz ein Rechteck ausschneiden (Abmessungen sind auf dem folgenden Bild angegeben) und Ich möchte es an die Wand hängen, an zwei Schrauben aufgehängt.

Jetzt möchte ich einige Gewichte an die Schweißpunkte hängen. (auf dem Bild die tropfenartigen Dinge) :), in zwei Szenarien:

  1. gleichmäßig an jedem Schweißpunkt etwas Gewicht anbringen (wie die blauen "Tropfen")
  2. Bringen Sie ein großes Gewicht in der Mitte an (den roten Tropfen).
  3. ol>

    enter image description here

  • Wie hoch ist das Gewicht? Ich kann ohne signifikante strukturelle Verformungen (2% Dehnung) am Netz hängen (

  • Ich möchte keine gebrochenen Schweißnähte. Brechen die Schweißnähte, bevor die Stäbe nachgeben, oder umgekehrt? Bei welcher Last tritt der erste dieser Fehlermodi auf?

Außerdem suche ich nach einer "Anleitung", wie sie berechnet werden soll - wenn dies möglich ist in einfacher (sprich: "idealisierter") Form ohne spezielle Software. Ich würde es gerne selbst berechnen, brauche aber ein "How to". Verstehen Sie, als die Verwendung von Finite-Elementen oder dergleichen das genaueste Ergebnis liefert, aber gibt es hier einen "einfacheren / einfacheren" Weg?

"signifikante strukturelle Verformung" ist nicht spezifisch genug, um qualitativ hochwertige Antworten auf diese Frage zu ermöglichen. Entweder muss eine Zahl als Grenzwert angegeben werden, oder Sie müssen eine etwas andere Frage stellen (z. B. wie hoch ist die maximale Belastung, die vor einem strukturellen Versagen erforderlich ist?).
Leider wird diese Frage ohnehin sehr schwer zu beantworten sein. Stahlgewebe ist nicht dafür ausgelegt, so belastet zu werden. Die Schweißnähte an den Anschlüssen sollen die Stangen während der Handhabung nur im rechten Winkel halten - sie sollen keine Last aufnehmen. Ich vermute daher, dass es sehr schwierig sein wird herauszufinden, wie groß die Schweißnähte sind und welche Belastung sie aufnehmen werden. Ich wäre sehr überrascht, wenn die Schweißnähte nicht vor den Stäben versagen und daher ohne Kenntnis der Schweißnahtgröße die Kapazität nicht berechnet werden kann.
Nur eine Anmerkung, dass ich die Fehlerbedingung von OP von 5 cm Gesamtdehnung auf 2% (basierend auf den angegebenen Abmessungen) umgerechnet habe, um die Berechnung an einer Zwischenverbindung zu vereinfachen.
@jm666 Ein weiteres Problem: Wenn Sie es finden können, würde ich der Stahlsorte weitere Einzelheiten hinzufügen. "Stahl" ist nur geringfügig spezifischer als "Metall". Es gibt viele verschiedene Zusammensetzungen und Behandlungen, die alle die mechanischen Eigenschaften beeinflussen.
@TrevorArchibald - DOH. Ich verstehe (teilweise) Ihren Standpunkt (wie Sie sehen können, bin ich ein Veteran des Stapelüberlaufs), aber wie bei vielen Programmieraufgaben muss nicht JEDE MÖGLICHE Situation behandelt werden. Bitte denken Sie daran - es ist für meinen ** GARTEN ** und nicht für das Space Shuttle. Und zukünftige Benutzer werden die Antwort lesen, in der wahrscheinlich der berechnete Stahltyp enthalten sein wird. Ich hatte die Hoffnung, dass die Ingenieure wissen, aus welchem ​​Stahl die Standard-Schweißgitter hergestellt werden. Auch wenn die Antwort mir sagt: Für den Stahl wird XXXX bei XXX kg brechen - ich werde * vollkommen GLÜCKLICH * sein.
@jm666 Ich verstehe, dass Sie nicht nach einer vollständigen lebensechten Simulation suchen, aber die Stahlsorte ist einer der grundlegendsten Teile des Problems, genau wie die Abmessungen der Stange. Wir können Annahmen treffen, die wahrscheinlich nicht weit entfernt sind, aber ich denke, dass der Ort, an dem Sie diese kaufen, zumindest einen Hinweis auf die Art des verwendeten Stahls haben könnte.
Ich stimme @AndyT zu - ich bin nicht sicher, ob mehr Informationen über den Stahl fast so nützlich wären wie mehr Informationen über die Schweißnähte. Da dies für eine leichte Anwendung mit wenig Sicherheitsbedenken gilt, wäre es möglicherweise sinnvoll, einige Annahmen zu treffen und das Worst-Case-Szenario zu überprüfen.
Beachten Sie, dass das Netz im Bild nicht wie im Diagramm angegeben aufgehängt werden kann, ohne dass ein erheblicher Schnitt erforderlich ist. Sind Sie sicher, dass Sie Ihr Netz in dieser Ausrichtung aufhängen können?
@Air Das ist mir bewusst. Es ist kein Problem, ich habe die notwendigen Werkzeuge, einschließlich Schweißgerät (benötigt zwei 2x3m Blätter, um den Bereich abzudecken). :) Wie auch immer, vielleicht wäre es schön zu wissen, wie sich die Ausrichtung auf die maximale Belastung auswirkt.
Ich stimme den anderen Kommentaren hier in Bezug auf die Schweißnähte zu, die in dieser Situation wahrscheinlich der entscheidende Faktor sind. Wie oben von Andy ausgeführt, sind die Schweißnähte nicht als strukturell gedacht. Sie sollen das Netz einfach in Form halten, bis es platziert und dann in Beton eingeschlossen werden kann. In Bezug auf Sie fordern Sie einen idealisierten, einfachen Weg, um dieses Problem zu lösen. Behandeln Sie das Netz als Fachwerk. Sie haben Ihre Last und Ihre Stützpunkte. Verwenden Sie nun die Methode der Abschnitte oder die Methode der Verbindungen, um die Spannung in jedem einzelnen Stab als Funktion Ihrer Gesamtlast zu berechnen. Fertig und von Hand!
@WilliamS.Godfrey Vor einem Monat habe ich die Schweißfestigkeit hinzugefügt - 4,4 kN in * Scher * Mittelwert, ich muss 400 kg an der einen Schweißnaht anbringen, um sie zu brechen. Um ehrlich zu sein - von der "technischen" Stapelaustauschstelle wurde eine Antwort erwartet wie: Wenn jede Schweißnaht 400 kg fassen kann, muss die Summe der "blauen Tropfen" unter 800 kg liegen - sonst brechen die Schweißnähte am Aufhängepunkt und 400 kg für den "roten Tropfen" bricht sonst die Schweißnaht am Befestigungspunkt. So einfach ist das. Es scheint, dass Ingenieure hier eine einfache Frage für eine praktische (reale) Anwendung zu kompliziert machen. Trotzdem danke für den Kommentar. ;)
@jm666, Ich schlug vor, dass Sie das Netz als Fachwerk behandeln und von dort aus fortfahren. Einfacher geht es nicht. Der Grund, warum Sie nicht wie erwartet eine einfache Antwort erhalten, ist, dass das von Ihnen definierte Analyseproblem nicht so einfach ist, wie es auf den ersten Blick aussieht.
@jm666, Ich sage dir was, du lässt mich wissen, um welche Art von Stahl es sich handelt, und ich gebe dir eine unglaubliche Antwort auf die Serviettenantwort unter Verwendung enormer Annahmen.
Ist eine Dehnung von 2% des Stahlteppichs spannungssicher? Würde dies bei 45 Grad der Stahlstangen bedeuten, dass die Dehnung pro Stange an einigen Stellen mehr als 2% betragen kann?
Und wie wirst du den Single-Fat-Boy aufhängen? Dies könnte der einzige Fehlerpunkt sein.
Einer antworten:
#1
+3
Rick
2015-08-01 00:30:59 UTC
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Die Schweißpunkte sind definitiv der begrenzende Faktor (denken Sie an ein Frachtnetz, bei dem sowohl die Litzen als auch die Fugen flexibel sind, die Litzen jedoch normalerweise gerade sind und die Fugen in einem beliebigen Winkel stehen, in dem sie sich befinden müssen, um die Litzen abzulassen gerade sein.)

Da die "Scherfestigkeit" in linearem kN angegeben ist, gehe ich davon aus, dass dies die effektive Festigkeit eines Gelenks ist, das einer Kraft widersteht, die einen Stab entlang des anderen gleiten würde.

Ich gehe weiter davon aus, dass der verwendete Stahl eine Streckgrenze von 370 MPa hat.

Ich denke, eine gute Annahme ist, dass die Schweißverbindungen mit einem kreisförmigen Querschnitt angenähert werden können . Wir können den Durchmesser des Querschnitts schätzen:

$$ F = \ frac {\ sigma} 2 \, \ pi \, r ^ 2 $$$$ d = \ sqrt {\ frac {8F } {\ sigma \, \ pi}} = \ sqrt {8 \ frac {4.4 \, \ mathrm {kN}} {370 \, \ mathrm {MPa} \, \ pi}} = 5.5 \, \ mathrm {mm } $$

Nun, das ist unvernünftig ... entweder bestehen diese Schweißnähte aus einer Superlegierung oder die maximale Scherbelastung dieser Schweißnähte beträgt weniger als 4,4 kN.

Bearbeiten :( Laut dieser Antwort können die Schweißnähte erheblich größer sein als die Drähte, sodass dies möglicherweise nicht unangemessen ist. )

Tatsächlich beträgt die maximale Zuglast , die ein Zylinder mit 4 mm Durchmesser aus 1018 Stahl halten kann, bevor er nachgibt, etwa 4,4 kN.

Gehen wir also so vor, als ob der Durchmesser der Schweißnaht beträgt 1 mm. Jedes Gelenk könnte dann ein gewisses Drehmoment $ \ tau $ verarbeiten gemäß:

$$ \ tau = \ frac {\ pi \, \ sigma_y \, d ^ 3} {24} \ ca. 50 \, \ mathrm {N \ cdot mm} $$

Es gibt ungefähr 250 Gelenke, sodass das maximale Gesamtdrehmoment ungefähr 62 N · m beträgt.

Das durch das Gewicht erzeugte Drehmoment wird über Virtual berechnet Arbeit:

Die Dehnung eines geriffelten Netzes $ \ epsilon $ beträgt ungefähr die Hälfte des Bogenmaßes der Verformung $ \ gamma $.

Die Energie des Gravitationspotentials, die aus einer gleichmäßig verteilten Masse durch Dehnen gewonnen wird ist:

$$ E = \ frac12 m \, g \, h \, \ epsilon = \ frac14 \, m \, g \, h \, \ gamma $$

$$ \ tau = \ frac {dE} {d \ gamma} = \ frac14 \, m \, g \, h $$

Das Auflösen nach Masse ergibt:

$$ m = 250 \ frac {4 \, \ tau} {g \, h} \ ca. 2 \, \ mathrm {kg} $$

Dies zeigt an, dass wenn die Festigkeit der Schweißnähte nahe bei 1018 Stahl liegt und der Schweißnahtdurchmesser nahe bei 1 mm liegt, es nicht einmal annähernd sein eigenes Gewicht (8 kg) halten würde, wenn es an einem aufgehängt wird 45 Grad Winkel. Wenn die Schweißpunkte jedoch einen Durchmesser von 2 mm haben, können sie 15 kg tragen, sodass sie ihr eigenes Gewicht mit einem Sicherheitsfaktor von 2 tragen können.

Wenn dies mein Projekt wäre, würde ich eine zerstörende Prüfung an einem durchführen Schweißverbindung, um zu sehen, wie viel Drehmoment erforderlich ist, um es zu erzielen. Auf diese Weise können Sie $ \ tau $ anschließen und eine vernünftige Schätzung für die maximale Last erhalten.

Wow, tolle Antwort. Der Wert wird einem technischen Datenblatt entnommen, in dem "minimale Festigkeit der Schweißnähte" angegeben ist (für verschiedene Durchmesser gilt Folgendes: für d3,5 mm = 3,8 kN, d3,8 = 4 kN, d4 = 4,4 kN, d4,5 = 4,8 kN, d5 = 5,2 kN). Auch für die Zugfestigkeit des Drahtmaterials: 450Ma. Widerstandsschweißen, kalte Sprödigkeit 60 / 6d. / was auch immer es bedeutet :) :) / Du hast viele Gleichungen angegeben - großartig. Akzeptieren. Endlich jemand, der wirklich über die Lösung nachdenkt und nicht nur kommentiert. Vielen Dank. :) :)


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