Onderwerp: reparatie, modificatie kiel "Water"

JotM schreef :
Nou ja. PoYD ken ik, maar juist die vuistregels, waarvan ik bij een aantal daarvan wel begrijp hoe men daar aan is gekomen, zoals het meermaals toepassen van de regel van Simpson ipv ingewikkelde integralen (is ook een uitstekende benaderingswijze, waarbij je zelfs de afwijking van de werkelijke waarde met elke gewenste nauwkeurigheid kunt berekenen) en toepassing van momentenwet bij bijvoorbeeld de sterkteberekening van de kielbouten, maar in dit geval vind ik het juist interessant om te kijken wat er nu werkelijk gebeurt. En dat is erg complex, als je het wil berekenen. Maar ik vind ook dat je wel gelijk hebt als je zegt dat Water een vrij normale boot is en dat je dus rustig vuistregels kunt gebruiken. Ik denk trouwens dat JotM en Erikdejong het wat dat betreft niet zo oneens zijn, toch?

Persoonlijk ben ik niet onder de indruk van PoYD op dit vlak. Er worden een paar vereenvoudigingen gemaakt die ik laakbaar vindt, zeker als je kiel constructie afwijkend is opgebouwd.

Afwijkend in dit kader is bijvoorbeeld (komtie weer) een soort kielbox, zoals de maxfun. Maar ook als de kielbouten op de hartlijn van de kiel staan, zoals bij Frans Maas' eigen boot. Als de kielbouten niet allemaal op dezelde breedte staan, treden er ook al finke afwijkingen op.

Over heet theoretische argument wat hier wordt geopperd: oneindig stijf betekent ook oneindig hoge krachten.

Dat moge waar zijn. Maar niets is dat. Oneindig stijf. Wat t dan wel wordt, is op 2 manieren achter te komen: een nauwkeurig fem model, en daar op de juiste manier de dynamische belasting op invoeren. Een analyse van, ik schat in, een week of 3 door een goede dynamisch specialist in de fem wereld. In mijn vorige bedrijf deden ze precies dit. De uitspraak die je hieruit krijgt, zal overigens nooit zijn: "hij blijft heel". Een dergelijke analyse brengt meestal alleen aan het licht dat ik mijn vraag niet goed gesteld heb.

Een andere manier om hier achter te komen, is een life-test. En daarna de boot uit elkaar zagen om te bekijken waar allemaal schade zit.

Iemand?

Nou, dat weet ik niet hoor.

Ik ben een George Box aanhanger: "all models are wrong, but some are useful".
Ook een groot voorstander van empirisch verkregen formules (zoals die in PoYD), zolang je maar in je achterhoofd houdt dat het een empirisch verkregen model is, dat alleen geldig is binnen het gebied waar je data van hebt.

Dat het hier een empirisch model betreft staat ook treffend als uitgangspunt in de norm beschreven. (7.5.1 preliminary: the value of the force F4 has been defined by "reverse engineering" of previously satisfactory craft")

Kijk, dat bedoel ik. Dank Joop66!
Mijn kiel is gelukkig in constructie vrij normaal, dus ik denk dat PoYD een heel redelijke benadering geeft. Ik heb de regels nog niet toegepast, maar ik heb het vermoeden dat alle gebruikte materialen, alsmede de dimensies daarvan vele factoren meer zullen zijn dan alles wat volgens PoYD noodzakelijk is. Dat denk ik omdat ik vergelijkingsmateriaal heb (en ik mag aannemen dat een boot die commercieel is uitgebracht tenminste aan die voorwaarden voldoet).
edit: ik bedenk me net dat ik optie 2 natuurlijk precies zo reeds uitgevoerd heb.

Leg me eens uit waarom je twijfelt over die instantane belasting bij een heel stijf gebouwd schip? Ik zie het over het hoofd denk ik.

Als ik de boot even benader als een puntmassa met inertia en een uitstekende stok die tegen een rots loopt met het uiteinde, dan verwacht ik geen oneindige kracht, alleen een draaiing die ingezet wordt. De krachten van die ingezette rotatie op de kielbouten kun je eenvoudig afschatten denk ik (negeer even de demping doordat ie duikt in het water).

De kiel heeft natuurlijk (flink) massa dus die benadering gaat niet op. Je krijgt een deuk in de voorkant van de kiel omdat de kielballast plotseling afgeremd wordt. Blijft echter volgens mij dat de krachten op de kielbouten komen van het draaien van de romp zoals in de benadering boven.

Waarom verwacht je dan een hoge instantane kracht op de kielbouten / wrangen?


Gepost met de officiële Zeilersforum-app

Dat kan ik het beste wat plastisch uitleggen, denk ik. Stel dat je een stok op hangt aan een touw. Een stevige, stok, 5 cm staal diameter, meter of 2,5 lang, bijvoorbeeld. Nu kom ik op mijn fietsje langs en steek een stevig stalen profiel uit, zodat die tegen die stok aan gaat komen. Ik fiets niet zo hard, laten we zeggen 11 km/h. Zou jij je hand tussen plank en stalen stok durven houden?
Edit: het is anders. Stel dat die zware staaf boven tegen een stuk beton aan ligt. Zou je daar je hand durven houden?
De stok zal na impact echt wel gaan draaien, maar dat is het gevolg van het stalen profiel tegen die stok en het blok beton boven aan. Ik denk dat ook duidelijk is, dat hoe zwaarder de stok (hoe meer traagheid, zeggen we dan in de natuurkunde) hoe minder verstandig het wordt je hand er tussen te houden. Ik denk dat het niet moeilijk is te begrijpen dat je dat op zijn laatst echt niet meer moet doen als ik een Abrahams-tank op hang en met een andere met 11 km/h er tegen aan rijd. Dat is wat JotM bedoelt, volgens mij.
Echter: zo simpel is het dus niet. Want die tank hangt weer aan een andere tank en achter die tweede houd je je hand. Ik denk dat duidelijk is dat het nog steeds niet verstandig is om je hand daar te houden, maar de klap zal zeker anders worden. En mijn boot is dus een hele verzameling van dat soort systemen. Daarom is het wat lastig om een en ander uit te rekenen en bedient men zich van benaderingsmodellen

Wow! Wat een mooie klus. En heerlijk gewoon meteen alles eruitzagen:))
Over alle krachten in dit draadje begrijp ik niet zoveel.
De foto van de schade zegt genoeg om de cirkelbeweging theorie meteen te laten varen.

Maar achteraan is omhooggaand de kracht net zo groot al wijkend vooraan.
Zou het kunnen dat als je de rots nog een zou raken, Niet de voorzijde tussen kiel en romp uit elkaar gaat want die is verstevigd maar de achterkant van de kiel, met balkjes en al mey alle kracht omhoog en los kan gaan door de klap?
steef ton schreef :

Daar heb je gelijk in als ik inderdaad de balkjes er zo zonder meer ingeplakt zou hebben.
Daarom zitten die balkjes aan een verticaal schot, dat ook weer versterkt is met carbon. Eigenlijk is versterkt verkeerd uitgedrukt, want het carbon neemt ook hier alle trekkrachten op. Het schot is enkel om bovenzijde van onderzijde te scheiden.
Maar je snapt het: het krachtenspel is erg complex in geval van een ernstige grondberoering. Daar gaat deze hele discussie nu al een paar bladzijden over. In feite is het zó complex dat het beter is vuistregels gebaseerd op modellen te gebruiken die op hun beurt weer gebaseerd zijn op ervaringen en data van andere boten eventuele crasches (en ik kijk inderdaad ook naar die van mij). En de initiële beweging bij de klap moet wel degelijk een cirkelbeweging zijn geweest, hoor. Maar dan heb ik het over de eerste milli- , wellicht zelfs microseconden. Dat lijkt erg kort, maar de daarbij optredende krachten kunnen wel heel goed de eerste schade aanrichten, waarbij de structuur gebroken wordt, zodat daarna de rest ook kapot gaat. Iets dergelijks is bij mijn boot ook gebeurd, al denk ik dat vooral in het latere verloop van de klap de meeste schade is aangericht. Dat laatste probeer ik nu met de nieuwe constructie te voorkomen.

steef ton schreef : Waarom?

Omdat 1 punt stil gezet wordt en een ander punt, dat een vaste afstand heeft tot dat punt (de vervorming van de kiel is verwaarloosbaar, zeker in die eerste milli- of zelfs microseconden) zijn snelheid blijft behouden. Dat is zo ongeveer de definitie van een cirkelbeweging.
Overigens is aan de beschadigingen te zien te zien dat in de oude situatie de kiel wat langer die cirkelbeweging heeft gemaakt of in elk geval bij benadering, maar de romp die cirkelbeweging veel minder goed heeft gevolgd. Achter een penetratie van de kiel ín de romp en de achterste twee balkjes naar boven gebroken, voor de romp naar beneden toe vervormd en het balkje naar beneden gebroken.

steef ton schreef : Volgens die definitie volgen de rotatie-assen van de wielen van je auto permanent een cirkelvormige baan. Mijn auto heeft daar gelukkig geen last van.
Een lichaam dat tegelijkertijd een rotatie en een translatie ondergaat heeft altijd ergens een momentaan poolpunt. Maar dat poolpunt beweegt ook en er is geen sprake van een cirkelbeweging rondom dat punt.
Je zou een plaatje van Water op een wiel kunnen plakken en dan rollen met dat wiel. Zie je dan een cirkelbeweging rondom het eerste contactpunt met de weg? Want het contactpunt is wel het momentane poolpunt. Ieder contactpunt weer.

JotM schreef :
Dat rotatiepunt is voor een schip wel een vast punt en heeft “metacentrum”

Groeten,
Johnnie

@ JotM: Zou allemaal kloppen, als de rots zou bewegen en/of het raakpunt tov de rots zou bewegen (zoals bij de onderkant van de autoband, bijvoorbeeld). Maar het hele punt van zo'n klap is dat een rots niet beweegt en gedurende de eerste milliseconde (ofzo) het raakpunt tov de rots ook niet. Het poolpunt verandert dus niet van plaats. Ik denk dat jij bedoelt dat het zwaartepunt een translatie ondergaat en dat de boot om dat zwaartepunt zal gaan draaien (of daar dicht in de buurt, het drukpunt is immers in die eerste milliseconde gelijk aan het zwaartepunt van het systeem). De initiële kracht van de rots op de kiel (en omgekeerd) is echter zo groot, dat ook de wrijvingskrachten zo groot worden, dat die een verplaatsing verhinderen. Dat is overigens ook te zien op de kiel. Het deukje is niet diep, maar het zit er wel. Je ziet dat trouwens ook vaak bij zo'n harde grondberoering. De voorkant duikt vaak duidelijk dieper dan dat het achterschip omhoog komt. Dat is het gevolg van het feit dat het zwaartepunt niet het middelpunt van de beweging is. Je ziet het hele schip omlaag komen. In een iets later stadium van zo'n klap, als de initïele kracht is afgenomen, zullen alle punten van het systeem waarschijnlijk wel een translatie ondergaan en wordt de beweging ingewikkelder.
Overigens is het zo dat binnen het deelsysteem "auto" de punten op de wielen wel degelijk een cirkelbeweging maken (en binnen het deelsysteem "boot" ook natuurlijk). Voor een weg is dat niet zo interessant, maar in het homogene zwaartekrachtveld van de aarde en in het opwaartse krachtveld van het water wel.
Wat wel klopt is dat helaas niet het hele scheepje meteen een cirkelbeweging gaat maken. De kiel wel. Vandaar de schade. Dat is ook een beetje de essentie van het verhaal, denk ik.

Sla maar eens met een voorhamer tegen een gietijzeren kiel. Je zult verbaast zijn wat een herrie (geluid) dat geeft. Om dat geluid te geven, dus vibreren, moet het in enige mate flexibel zijn. Er is ook een spreekwoord voor. Buigen of barsten. De aanvaring veroorzaakt een schokgolf en de rest van de massa van de boot wat nog beweegt begint aan een richtingsverandering van die beweging. Als je wat er gebeurt numeriek zou willen benaderen zou dat in de richting zijn van interferentie van de schokgolf en krachten die nodig zijn om de bewegingsverandering van de massa in te zetten. De schokgolf plant zich voort door de constructie totdat het iets tegenkomt waar het in warmte omgezet word.
Als illustratie kun je filmpjes van botsingen bekijken die met een high speed camera zijn opgenomen. Dan kun je goed de schokgolf zien.

@Steef: zegt het begrip "wrijvingscoëfficiënt" je iets?

3Noreen schreef : Zeker, er is plastische en elastische vervorming. Dat er een trilling ontstaat is zeker waar. Maar er is ook plastische vervorming, want de kiel heeft een deukje ter plekke. Och, trouwens wel leuk dat je dat opmerkt, want het was wel precies wat we hoorden, een hoge, korte toon. Pieng!!!
Interferrentie van golven kan ook leiden tot destructie, waarbij de energie niet meteen in warmte wordt omgezet (wat natuurlijk uiteindelijk altijd het geval is), maar eerst in bewegingsenergie. De stukken vliegen er dan af. Dat is overigens een heel efficiënte manier van energie kwijt raken. Een craschbox is een efficiëntere en beter te voorspellen manier manier van een klap op vangen, dan een kreukelzone
@ JotM: als een kracht maar groot genoeg wordt (en volgens mij zei jij zelf dat die erg groot gaat worden) dan levert elke wrijvingscoëfficient, hoe klein ook, een wrijvingskracht op.
Maar, als gezegd, je kunt het ook gewoon zien. Zal straks even een foto maken.

Gedachte-experiment:
Rots loopt ter plaatse van het contact met de kiel onder 45° op; wrijvingscoëfficiënt (geschat) ong 0,5 (rubber op droog asfalt is ong 0,8, staal op staal 0,3, staal rots zal er wel ergens tussenin zitten)

Reactiekrachten zijn uiteen te nemen in twee componenten: de een normaalkracht (haaks op het oppervlak) en een wrijvingskracht (evenwijdig aan het oppervlak; wrijvingskracht is MAX wrijvingscoëfficiënt maal de normaalkracht))
Welke richting (bereik) kan de reactiekracht dan aannemen? Hoe groot is de kans dat dat neerwaarts is?

Je mag wat mij betreft ook aannemen dat de rots een hoek maakt, dan wordt de schuinte van de voorzijde van je kiel maatgevend.

Er zit een deukje in de kiel. Je kunt aannemen dat die de contra vorm van de rots is. Daardoor praat je niet meer over een normale wrijving.

Dit hele discussie circus brengt mij op een van de vele kleurrijke uitspraken van een prof Steinbuch hier op de TU/e:

"Simulation is like mastrubation. The more you do it, the more you believe it is the real thing."

Aan t einde van de dag moet je t gewoon doen.

Sorry, ga in herhaling vallen, maar er is ter plekke toch echt een deukje in de kiel te zien. Dat kan alleen als de rots ter plekke lang genoeg een kracht heeft kunnen uitoefenen om het metaal ter plekke plastisch te kunnen vervormen.
Met de normaalkracht bedoel je toch de normaal op de leading edge van de kiel? Die is de sinus van de hoek die de kiel met de beweging maakt maal de kracht in horizontale richting die veroorzaakt wordt door de versnelling in die richting. Ik weet die precieze hoek nu niet, zal ik straks opmeten. Het is wel meer dan 45 graden en de normaal zal dus een kracht zijn die groter is dan 0,7 keer de horizontale kracht. Het verhaal wordt natuurlijk geheel anders als die kracht een deukje veroorzaakt. Dan is de horizontale kracht gelijk aan de normaalkracht en gaat de wrijvingscoëffiecient in elk geval heel even naar oneindig.
edit3: Och, ik meen opeens te zien wat je bedoelt. Niet de voet van de kiel heeft de rots geraakt, maar de voorzijde( Wel bijna helemaal onderaan). Ik denk dat je mag aannemen dat de rots vrijwel verticaal omhoogstak. Snap de verwarring nu, denk ik. Dat is natuurlijk ook niet iets dat vaak voorkomt.

edit: 3Noreen was me voor

edit2: sorry Joop66, gaat niet gebeuren als het aan mij ligt (nog eens zo'n klap bedoel ik), maar dat wens je me natuurlijk ook in het geheel niet toe. Mooie gast, die Steinbuch

prof Steinbuch schreef :

Joop66 schreef : Maar die afwijkingen zijn hier nietvan toepassing dus de vereenvoudigingen zijn dan weer wel van toepassing. Zo ongeveer 95% van de zeiljachten vallen binnen de regels van dit boek. Door wat na te denken kun je voor nog eens de over grote meerderheid de uiteindelijke reactie krachten van de kiel berekenen en zijn deze vuistregels dus ook nog eens nuttig.

Een constructie die zich verplaatst als gevolg van een impact voert heel veel energie (en dus kracht) af aan in dit geval de romp en het water. De belasting op de kielconstructie valt dus heel erg mee. De stijfheid van de constructie doet er in dit specifieke geval helemaal niets toe en de verschillen zijn gescharrel in de marge.

3Noreen schreef : Klopt, de kiel word gewoon gestopt en de plek van de impact word gigantisch overbelast. Dit is echter weinig relevant voor de kiel ophanging zelf.

Joop66 schreef :
Neem nu het computer weer model. Wij zeilers zijn er wat blij mee. Ik heb zelfs een hele goede blauw water wedstrijd zeil horen zeggen dat het na de komst van de gps de beste innovatie voor zijn tak van sport is.

Erikdejong schreef : Over welke afstand moet dan verwacht worden dat de kiel wordt gestopt, in geval van een wat hoekig vormgegeven rots?
En waar komt die "ruimte" vandaan, uit vervorming van de kiel of uit vervorming van de rots?