Onderwerp: reparatie, modificatie kiel "Water"

Zou het interessant (en mogelijk zijn voor een van ons) zijn dit te simuleren met een dynamisch CFD model (incl water zodat het duikgedrag zichtbaar is)? Dan de sterktes van alle onderdelen even heel groot nemen en de stijfheid van de kielfundatie varieren.

Volgens mij moet je dan kunnen zien waar en hoelang er belastingen ontstaan en hoeveel elastische vervorming dit geeft.

Groottes kunnen arbitrair zijn - volgens mij gaat de discussie op dit moment op de optredende mechanismes. POYD werkt slecht statisch, met eenvoudige vuistregels (scantlings) en neemt gewoon een voorschot op de dynamische belastingen (die volgens mij veel hoger kunnen liggen dan in de statische case)...

Dat wordt denk ik een vrij dramatische som.

Als je het zo dicht mogelijk zou willen benaderen krijg je m.i. een combinatie van iets wat gaat lijken op "flexible multibody dynamics" (kiel en romp+tuig) met een heel fiks niet-lineaire CFD som (het oprichtend moment als gevolg van het duiken van de boeg heeft een hydrostatische en een hydrodynamische component die beiden afhankelijk zijn van de rompvorm in het voorschip)

Ik snap wel dat ze bij de norm (en PoYD) hun toevlucht zoeken tot de quasi-statische benadering.

JotM schreef :
Ik snap echt wel dat er een kracht nodig is voor een impulsverandering, hoor. En als een massa een verandering van snelheid ondergaat dan heb je een kracht nodig (2de wet van Newton). Impulsverandering is de integraal over Fdt. Ook allemaal duidelijk. Maar wat nu de vraag dus is: over welk tijdsdomein ga je nu integreren? En hoe groot is die verandering van impuls bij aanvang van de botsing? Als het zwaartepunt van de boot over een zekere afstand in rechte lijn door blijft varen met een zekere snelheid, dan neemt die nog impuls mee. Dan is het verschil in impuls tussen vóór en na de botsing dus minder groot dan wanneer alle impuls verdwenen zou zijn. Dat laatste geldt alleen voor het aanrakingspunt van de kiel, in dit geval, met de rots. Voor het punt van aanhechting van de kiel aan de romp geldt dat niet, want die blijft gedurende een zekere tijd nog impuls in dezelfde richting behouden. Dat moet, want anders kan de boot geen rotatie ondergaan. Dus niet alle impuls die de boot bij aanvang van de botsing heeft gaat in Fdt zitten. dat is 1, denk ik. Dan het tijdsdomein waarin het verschil van impuls verwerkt gaat worden. Is dat nul? Dat lijkt mij niet, maar kan wel erg klein zijn. Dat hangt er van af hoe lang het duurt dat de boot de kiel in zijn bewegingsrichtingverandering gaat volgen. Is de verbinding heel erg stijf, dan een heel kort tijdsdomein en dus een grote kracht. Maar heel stijf kan ook heel sterk betekenen en dus in staat zo'n kracht te verwerken (ook weer ingewikkeld, want dat gaat dan natuurlijk weer op moleculair niveau, nu ja..). De vraag is dus eigenlijk: wie wint het? Ik denk dat als je het aanhechtingspunt heel sterk maakt en daardoor ook heel stijf, dat dan een ander deel van de boot dat tijdsinterval gaat vergroten, net zo lang totdat alle impuls is verwerkt. Net zoals de heel erg stijve kiel dat naar de romp toe doet. Daarom denk ik dat je op die manier een boot een grotere kans geeft om zo'n klap met weinig schade te laten overleven. Ik denk dat als de boot bij het aanhechtpunt van kiel naar romp erg flexibel is, dat dan dat punt alle impulsverandering ondergaat (grote beweging in dat deel van de romp dus) en dan moet je ook maar afwachten wat wint: (gebrek aan-)stijfheid of (bijbehorend gebrek aan-)sterkte?

JotM schreef :
Zo ongeveer precies dit, zonder de technische termen, want die ken ik niet, schreef ik een paar bladzijden terug ook al. En als het in de praktijk blijkt te werken, dan is dat ook helemaal niet erg. Als je maar binnen de grenzen blijft waarbinnen het model, met de vuistregels, zijn geldigheid bewezen heeft, zoals jij ook al zei, een paar bladzijden terug. En gelukkig is Water een heel normaal bootje, dus de kans dat een en ander binnen die grenzen blijft is behoorlijk groot.

steef ton schreef : Dit meen je niet serieus hoop ik, toch?

Verder gaat het om keuzes die consequenties hebben.
Heb je bijvoorbeeld in de gaten dat de keuze de balkjes met hun einden in de langsschotten te lamineren in plaats van ze erin "op te leggen" de maximale in de balkjes optredende spanning bij een gegeven belasting halveert, terwijl je ze tegelijkertijd vier keer zo stijf maakt, zonder dat je verder iets aan de stijfheid en sterkte van de balkjes zelf verandert?

Even goed naar de constructie van balkjes en balkbevestiging kijken, JotM, al geef ik toe dat je niet helemaal alles goed kunt zien.
En het punt van de kielbevestiging kiezen als punt waar alle krachten samenkomen is natuurlijk arbitrair. Je zou ook een willekeurig punt op de kiel kunnen kiezen of een een punt halverwege de mast (volgens mij moet je dat trouwens voor een serieuze berekening ook doen). De vraag is dus: waarom klapt de kiel niet uit elkaar? Waarom de mast niet?
Dus om je eerdere vraag te beantwoorden: ja, dat meen ik wel degelijk serieus, omdat ik denk dat dat iets is dat je serieus in overweging moet nemen. Als een deel van het scheepje een serieuze impulsverandering ondergaat en de rest van het scheepje (nog) niet, dan geldt Fdt dus voor dat deel van het scheepje.

steef ton schreef : Nope.
Er moet een koppel van de kiel op de romp worden overgebracht en dan ligt de maximale spanning aan de "uiteinden" van de doorsnede. De maximale krachten in de kiel-rompverbinding zullen in dit geval wel een stukje naar voren zitten, ter plaatse van de achterste verstijfde wrang. De andere wrangen doen ook nog een beetje mee, maar niet in verhouding tot wat de voorste en achterste voor hun kiezen krijgen. Daar liggen voor het belastingsgeval "gronding" de maatgevende inwendige spanningen.
Niet in een willekeurig punt op de kiel en al helemaal niet halverwege de mast.Tja.

Ik denk dat ik snap wat je bedoelt, maar ik denk ook dat je er daarbij van uit gaat dat de stijfheid van de kiel bijna oneindig veel groter is dat die verbinding. Dat zal vaak ook wel kloppen, maar hoeft niet zo te zijn. Wat je eigenlijk daarbij zegt, is dat de beweging van de kiel 1 op 1 wordt overgedragen op de onderkant van de romp. Wat ik dan niet begrijp is waarom je dan vindt dat hetzelfde niet kan gelden voor wat betreft die (zeer stijve en sterke) onderkant ten opzichte van de rest van de romp. Ik denk dat je dat wel moet doen en dat door moet doen tot en met de top van de mast aan toe en belangrijker, tot en met de voorkant van de romp (die het water in duikt) aan toe.
Ik begrijp dat je de tekening even bekeken hebt, maar wellicht niet de tekst hebt gelezen (en dat zou ik ook wel kunnen snappen). De voorste en de achterste balk zijn inderdaad de sterkste en bovendien asymetrisch gebouwd (voorste vooral onderkant extra sterk, achterste vooral aan bovenkant). de bevestiging van die balkjes is ook weer extra versterkt.


voorkant van de kielrompbevestiging. De voorste balk heeft een carbonverbinding met het hoofdspant. Het carbon is 10 cm breed, unidirectionaal en 4 mm dik.

Achter is het iets ingewikkelder. Die hebben 5 cm brede carbonstrips, ook unidirectionaal, naar de onderkant van het balkje er voor en naar de onderkant van het achterste hoofdspant.

Och en ik zie dat je spanning onderstreept hebt. Je bedoelt mechanische spanning (in Pa), neem ik aan. Dan introduceer je dus oppervlak. Daar begon ik dit hele verhaal mee. Dat ik de kracht over een zo groot mogelijk oppervlak wil verdelen om die spanning zo klein mogelijk te houden. Vandaar dus die erg stijve, maar vooral sterke kielromp-bevestiging, want daarmee verdeel je de kracht over een groot deel van de onderkant van de boot.

Ik kan je grotendeels volgen, maarzou ik net andersom hebben gedaan. De neutrale lijn schuift op naar de sterkste kant (grootste oppervlak wat bijdraagt aan I), waardoor de maximale spanning juist bij het andere uiterste van de doorsnede optreedt (maximale vezelafstand tov neutrale lijn). Ik zou daarom juist aan de drukzijde wat meer "vlees op de botten" willen hebben.

JotM schreef : Nou ik niet, want achter heb je een reactiekracht naar beneden toe nodig en vooraan één naar boven. De bovenkant van de kiel volgt volgens mij toch echt, zeker in het begin, een cirkelbaan. De achterkant beweegt dus naar boven en als de romp niet meteen meebeweegt levert de romp dus daar een reactiekracht naar beneden en de voorkant beweegt naar beneden en de romp levert daar dus een reactiekracht naar boven. Dat was trouwens aan de balkjes ook goed te zien. De achterste twee waren naar boven toe gebroken, de voorste naar beneden (Zie ook de foto's). En carbon is vooral erg goed in het opnemen van trekkrachten. Hout kan heel goed drukkracht opnemen (en de spanning op het hout wordt greduceerd door het carbon dat ook aan die kant zit).
Die reactiekracht zorgt trouwens in deze gehele discussie voor de verwarringen,volgens mij. Iets moet die reactiekracht (bijvoorbeeld bij de verbindingspunten tussen kiel en romp) leveren en dat zijn volgens mij alle reactiekrachten van alle punten in de boot bij elkaar (vectoriëel) opgeteld. Ook daarom telt volgens mij elk punt echt mee. En omdat de romp geen homogeen voorwerp is (zoals de kiel dat min of meer wel is) is zo'n berekening (die inderdaad alleen in een goed opgezet model gedaan kan worden) enorm complex.

Vandaag ook draadeinden parallel gezet. Gelukkig hoefden alleen de vier voorsten. Goed gelukt.

steef ton schreef : Inderdaad. Hier zijn we het eens.Hier zijn we het ook eens, alleen is dit niet wat je nu georganiseerd hebt. Door de doorsnede van het aangebrachte carbon vooral aan de zijde met de maximale trekspanning (aan de voorzijde aan de onderkant van de wrang, aan de achterzijde aan de bovenzijde van de wrang) aan te brengen beweegt de neutrale lijn zich daar naartoe. En dat heeft automatisch tot gevolg dat nu de spanningen het grootst worden aan de drukzijde. (In de globale y-richting zoals die bij schepen iha is gedefinieerd)
En zoals je al opmerkt, daar is carbon niet op z'n sterkst.Nu heb je het volgens mij over een spanning in de globale z-richting.

Nu ben ik je helemaal kwijt. Het carbon is (bij benadering) in een v-vorm aangebracht. V met punt naar beneden voor uitoefening van een kracht naar boven en omgekeerd. Volgens mij eenvoudig en juist.

Nou...

De neutrale lijn verschuift zich niet met grotere sterkte, maar met grotere stijfheid. Dat is iets anders. _{Wat helaas in dit geval niet zoveel uitmaakt gezien de stijfheid van carbon, maar dat verklap ik even niet!}

Doordat carbon inderdaad alleen trek opneemt, heeft het weinig zin om t ook aan de drukzijde neer te leggen. Dat brengt me op de vraag: Wat is t faal mechanisme van carbon op druk? Ik neem aan knik in de vezels, en de beperkte sterkte van epoxy om dat tegen te gaan. Dat zou pleiten voor een 90-graden legsel aan de drukzijde: wel carbon in de stijfheidslijn, en een dwarsverband om de knik tegen te gaan.

Rein theoretisch, zou een Duitser zeggen.

Een van de experts? Iemand?

Zo?
Aan de bovenzijde - zeg - twee keer zoveel oppervlak (dwarsdoorsnede) van het carbon dan aan de onderzijde en het zwaartepunt van het dwarsoppervlak van het carbon en daarmee de neutrale lijn (die gezien de stijfheidsverschillen tussen hout en carbon grotendeels door het carbon bepaald wordt) blijft gewoon in het midden van de doorsnede liggen?
Niet in mijn wereld.

Joop66 schreef :
Het carbon hoeft volgens mij aan de drukzijde ook geen druk op te nemen. Dat doet het sipo-mahonie. Reden dat daar toch carbon ligt is omdat een boot niet alleen tegen een rots moet kunnen varen (nu ja, liever niet) maar ook gewoon een kiel er onder moet kunnen dragen als zij over de woeste baren vaart.
Ik plaats hier nog maar een keertje het schetsje van een vooraanzicht van een balkje. Links en rechts de verticaal langsschotten. Alles wat zwart is is carbon.



och, edit: De twee op hun zij liggende v vormen van carbon en het verbindende tussenstuk tussen de bouten is dus één stuk unidirectionaal carbon (van links naar rechts of omgekeerd in het plaatje). 10 cm loodrecht op dit plaatje en 8 mm dik.

En hoe ziet de dwarsdoorsnede van "het balkje" midden tussen de twee bouten eruit? Want daar heb ik het over.
Zie ik daar tussen twee lagen hout ook nog iets zwarts? Zo ja, waarom zit dat daar?

Ondertussen: leesvoer

Och, sorry, dat is idd geen carbon. Die lijn is wat dikker geworden omdat ik standaard vormen gebruikte bij het in elkaar zetten van het schetsje.
Ik heb al het carbon om de gaten waar de bouten doorheen steken heen gelegd. In de tekening lijkt het of ze zijn onderbroken, maar in werkelijkheid lopen alle carbonvezels ononderbroken om de gaten heen door. Daarom zijn de balkjes ook breder dan het carbonlegsel. Dat is namelijk 10 cm (zoals ik al schreef), maar de balkjes zijn 14 cm breed. Ik heb precies tussen de twee gaten wel extra carbon geplakt om te voorkomen dat de gaten naar binnen toe uitscheuren. Dat legsel is niet unidirectionaal, maar 45-45.

En als je dan schrijft, bedoel je dan extra lagen carbonweefsel? (want zo heb ik het opgevat)
En zo ja, welke oriëntatie heb je daarvoor dan gebruikt?

Ja, dat is inderdaad niet zo duidelijk.
Ik heb doorlopende vezels van de ene kant van het balkje naar de andere kant gelegd. Die vezels lopen om de gaten, waar de bouten doorheen steken, door van het ene uiteinde van het balkje naar het andere uiteinde. Bij de punten van de horizontale "v's" , links en rechts, zijn die vezels tegen elkaar aan geplakt. Van deze legsels heb ik bij het voorste en achterste balkje extra lagen aangebracht. Dat zijn dus vezels die van helemaal links naar helemaal rechts doorlopen. En die verdikking is dus bij het voorste en achterste balkje asymetrisch gedaan. Bij het voorste balkje extra vezels aan de onderkant en bij het achterste balkje aan de bovenkant.

Sinds wanneer kan carbon geen compressie opnemen ?

Nou, dat weet ik eigenlijk niet. Wat ik wel weet, is dat als je draaddunne vezels gebruikt, dat die heel goed trekkracht kunnen opnemen, maar geen druk (net zoals een trekband, zeg maar). Dat is ook het geval op mijn balkjes. Daar heb ik een 8mm dikke, 10 cm brede band van carbon op geplakt. Die kan vreselijk veel kracht in trekrichtingen opnemen, maar in de drukrichting niet. Ik stel me voor dat die 8mm dikke band dan eenvoudigweg van het hout los gaat laten en vervolgens breekt.
Maar ik heb zelf een boegsprietje van carbon gemaakt en je hebt geheel gelijk: die kan heel erg prima compressie verwerken

De gedachtewisseling had zich even naar een ander kanaal verplaatst, maar het is denk ik wel aardig het "praatplaatje" dat daarbij aan de orde kwam ook hier even te posten.



De observatie "all models are wrong" hoort zeker bij dit plaatje. ("... , but some are useful" hopelijk ook)

Ben benieuwd of de discussie hier net zo levendig wordt als de andere.