statisch en dynamische test

[Jeroen de Goei]

voorbeeld

Je laat een massa van 100kg vallen van een hoogte van 1 meter.
Het verankeringpunt waar de massa aan is bevestigd krijgt een klap van ongeveer 200kg.

Nu ga ik in dat verankeringpunt langzaam een statische massa hijsen van 200 kg.

In alle 2 de gevallen, krijgt het verankeringpunt een kracht te verwerken van 200kg.

Kan je nu stellen dat de testen van gelijke aard zijn? Of is de valtest een zwaardere test omdat er bijvoorbeeld meer warmte vrij komt?

[rinus bakker]

Warmte?
Zal misschien ook een rol spelen,
maar de elasticiteit/taaiheid/brosheid van het materiaal,
dus het vermogen tot absorberen-van-de-klap, speelt een veel grotere rol.
En dan kunnen dingen door een schok veel eerder stuk gaan
dan wanneer ze heel geleidelijk met eenzelfde kracht worden belast.
Zoals in ongeveer elke denkbare handleiding van hijsmateriaal staat:
!vermijdt ten alle tijde het voorkomen van schokbelastingen!.
En er bij heel veel valbeveiligingsmateriaal juist een 'shock-absorber' wordt toegepast.
De mooiste shock-absorber zijn natuurlijk bungee cords ....
maar ja dan heb je wel veel vrij val ruimte nodig.
De valhoogte is dus maar één van de faktoren.
Voorbeeld:
een stalen ketting van tien schalmen zal eerder breken dan een identieke ketting van honderd schalmen... alle schalmen hebben een klein beetje elastische rekcapaciteit en zullen allemaal een beetje bijdragen om de klap op te vangen.
Zo verdeel je de ellende dus over meer werkzame delen.
Bij een auto met een lange motorkap kun je meer (en geleidelijker werkende) kreukelzone verwerken dan bij eentje met een heel kort motorkapje...

[Jeroen de Goei]

Ik wil verder gaan met die Shockabsorbers.
we hebben het er al eens eerder over gehad.

Voorbeeld:

In een horizontaal gespannen lijn is een shockabsorber verwerkt.

Je laat een massa van 100kg vallen van een hoogte van 1 meter.
De horizontale lijn waar de massa aan is bevestigd krijgt een klap van ongeveer 200kg.

Nu ga ik in die horizontale lijn langzaam een statische massa hijsen van 200 kg.

Deze 2 waarden zijn dus niet gelijk.
Als ik een shokabsorber neem die zou moeten absorberen bij 201 kg zou hij in het eerste geval wel in werking treden en in het 2e geval niet.
Dit is een soort van jammer.

Voorbeeld 2:
in een horizontale lijn is een shokabsorber verwerkt. een persoon valt van een hoogte van 1 meter.
De persoon heeft ook een shokabsorber tussen zijn persoonlijke veiligheidslijn en zijn tuigje.
welke shokabsorber gaat als eerste in werking?

die in de horizontale lijn gaat eerst omdat daar eerder de meeste krachten vrijkomen.

[CoenCo]

2 jeroen
Misschien is het niet waar je op doelt, maar het afremmen van een bewegende massa kost nou eenmaal kracht.
F = m * a ( kracht (Newton) = massa(kg) * versnelling(of dus vertraging)(m/s^2) )
v = g * t ( valsnelheid (m/s) = gravitatiecoefficent (9,81) * verstreken tijd (sec) )
x = 1/2 * g * t^2 ( (afgelegde afstand (m) = 1/2 * 9,81 * verstreken tijd (sec)^2 )

stel een arbo mens (100kg) valt van een meter hoogte
berekening niet volledig volgens significantieregels, maar dat zal je me vergeven
1 = 4,9 * t^2
t= wortel(0,20) = 0,45 sec
v= 9,81 * 0,45 = 4,43 m/s
na precies een meter vrij vallen (en de luchtweerstand even verwaarlozend, maar dat mag bij deze snelheid wel) zal de persoon met 4,43 m/s vallen.
Wordt deze persoon nu zonder valdemper opgevangen/afgeremd, door enkel het uitrekken van het touw a 0,01m, dan komen we op:

x = 1/2 * v^2 / g
0,01 = 1/2 * 19,6 / g
0,01 g = 9,8
g = 980 m/s/s
(uitgaande van een stug persoon)
de Kracht op het koord is nu:
F = m * a = 100 * 980 = 98kN (das een blok beton van 9800KG aan je ophangpunt)

Remmen we echter met een bungee-valdemper (of een bandvaldemper die in deze berekening echter de ideale capaciteit zal hebben dat hij bij elke kracht >0 begint met uitrekken/vervormen, en nog NIET volledig is uitgerekt op het einde van de val)
En laat deze rek nou bijv. 30cm zijn.
x = 1/2 * v^2 / g
0,3 = 1/2 * 19,6 / g
0,3 g = 9,8
g = 32,7 m/s/s
(uitgaande van een stug persoon)
de Kracht op het koord is nu:
F = m * a = 100 * 32,7 = 3,3kN (das een blokJE beton van 330KG aan je ophangpunt)


Ook een stalen ketting rekt uit, alleen dat zal slechts enkele (tienden van) mm zijn. Daarom zijn de krachten op zo'n ketting bij een val dus ENORM indien er geen dempers gebruikt worden. Het probleem met jouw eerste verhaal, is dat het moeilijk is om de exacte piekbelasting tijdens de val te berekenen, indien je niet weet hoe groot de remweg is.
euhm... dat dus, en teruglezend blijkt het allemaal veeeel makkelijker te kunnen, nu is enkel nog de vraag of dit ook maar enigszins is wat je wilde weten

[G-LiTe]

To Jeroen,


Ook even inpikken op je casus van de vallende persoon en de statische last. Je wil duidelijk het verschil aangeven wat er bestaat tussen beide casussen, en dit illustratief en uit de ervaring puttend.

Coenco heeft het verschil even duidelijk gemaakt aan de hand van een rekenvoorbeeld uit de mechanica dat het verschil in dynamica en statica blootlegt.

Ik vermoed dat het rekenvoorbeeld toch bij enkele forummers misschien net iets te kort door de bocht is om te begrijpen.

Waar het verschil tussen jouw val en je statische last eigenlijk inzit, is in 1 van de grootste grondslagen van de mechanica zoals wij die kennen:

'Behoud van energie'

Elk 'systeem' behoudt zijn energie. De energie van een voorwerp bestaat voor 'veronderstelde starre puntmassa's' uit de volgende twee grote compenenten:

- Kinetische energie
- Potentiele energie

Een vallend voor werp heeft deze kinetische kompenent, bovenop zijn potentiele component. een statisch voorwerp heeft deze kinetische component niet. En om een val te stoppen moet je systeem in staat zijn om deze kinetische energie om te zetten in een andere energie vorm (elastische vervorming, plastische vervorming, warmte, ... of een combinatie van)

Geert.

[FristB]

Hoi,

Meer algemeen kan je hier dan zeggen dat je snelheid na een val (op basis van het hier boven genoemde behoud van energie) van 1m is:

1/2mv^2=mg(delta)h

v^2 = 2g (g=-9,81m/s^2)

De massa van degene die valt maakt dus niks uit (het lieve kleine meisje en even snel beneden als die concertvleugel, op basis van geen luchtwrijving natuurlijk), v is dan 4,43 m/s na 1m zoals Coen al vertelde.

algemeen is dan zo

ads = vdv
s(0)=0, v(1)=0
-a*(lengte van de shockabsorber) = 1/2(v^2)
-a = g/(lengte shockabsorber)

en F=ma, dus op basis hiervan kan je de kracht in je vallijn bekijken, uitgaande van een star lichaam dat valt.

F = m(-g/lengte shockabsorber) --> g=-9,81 m/s^2, F in Newtons

Het gaat er dan natuurlijk om de lengte van de shockabsorber zo te kiezen dat de vertraging a een beetje binnen de perken blijft. Met de vergelijking van de auto: wanneer je vol in de remmen gaat, geen botsing, is de maximale vertraging iets van 3,5m/s^2 (staat mij zo bij, weet iemand dit precies?)

De bovenstaande vergelijkingen zijn wel erg vereenvoudigd, het echte model zal natuurlijk nogal wat complexer zijn...

Rinus, hoe zit dat eigenlijk met het takelen? Wordt er altijd uitgegaan van een statische belasting, of worden de krachten die ontstaan door het versnellen ook meegenomen? Deze duren natuurlijk maar heel kort, maar zijn wel vele malen groter dan de statische belastingen op de ketting/dak/enz...

Groet, Eric

[rinus bakker]

citaat:Geplaatst door FristB
Rinus, hoe zit dat eigenlijk met het takelen? Wordt er altijd uitgegaan van een statische belasting, of worden de krachten die ontstaan door het versnellen ook meegenomen? Deze duren natuurlijk maar heel kort, maar zijn wel vele malen groter dan de statische belastingen op de ketting/dak/enz...

Hallo FristB,
ik moet al dat gereken nog eens even napluizen,
maar op de laatste opmerking kan ik wel FF wat zeggen:
de standaard (4m/min) takels hebben een erg lage 'impulsfactor', daar is al eerder het nodige over gezegd (ca. 1,05x de nominale last.
en bij hogere snelheden bouwen alle fabrikanten de veiligheid in, ook daarvan zijn de voorbeelden te vinden: een CM Lodestar van 16m/min is even groot uitgevoerd als een 4m/min-1ton, maar mag maar 250kg hijsen.

En voor truss weet ik dat (in elk geval door de betere Duitse constructeurs) er met een 'impulsfactor' van ca. 1,4 x de nominale statische waarde wordt gerekend in het geval van het starten en stoppen van electro-takels...
Truss heeft door zijn elasticiteit natuurlijk een redelijk groot absorptievermogen. Maar er is een EN-ontwerpnorm voor oa. 'hijsbalken' (en die trouwens alleen maar praat over toepassing van staal) waar voor de dynamische hijsbeweging een factor van 1,5x moet worden gerekend zonder blijvende vervorming.
Hoe groter de dynamische belasting (verwacht) wordt, hoe sterker dat ding dus moet worden uitgevoerd.

[niesten]

Sorrie Rinus,

kon het even niet laten

citaat:!vermijdt ten alle tijde het voorkomen van schokbelastingen!.

M.a.w. zorg voor schokbelastingen [8D]

[rinus bakker]

je hebt helemaal gelijk want je kunt het IDD ook verkeerd lezen:
voorkómen ..... of vóórkomen.... wat een accentje al niet doet.
vermijd het optreden van schokbelastingen bedoel ik dus, in de zin van vóórkomen

[Jeroen de Goei]

citaat:Geplaatst door CoenCo

2 jeroen
F = m * a = 100 * 980 = 98kN (das een blok beton van 9800KG aan je ophangpunt)

Hallo Coenco,
alle antwoorden zijn welkom.
op dit moment verzamel ik gegevens over dit onderwerp en al het resterende zal ik zelf moeten testen.
berekening zijn voor het onderwerp ''horizontale valbeveiliging''zijn op dit moment nog te ingewikkeld voor mij, maar zal in een later stadium zeker van toepassing zijn.

9800kg zou dus volgens jouw berekening mijn statische last moeten zijn?
maar tegen die tijd is mijn ophangpunt al lang bezweken!

[Jeroen de Goei]

citaat:Geplaatst door G-LiTe


Een vallend voorwerp heeft deze kinetische kompenent, bovenop zijn potentiele component. een statisch voorwerp heeft deze kinetische component niet. En om een val te stoppen moet je systeem in staat zijn om deze kinetische energie om te zetten in een andere energie vorm (elastische vervorming, plastische vervorming, warmte, ... of een combinatie van)

begrijp ik het goed,
Het zal op geen enkele manier mogelijk zijn op een dynamische kracht na te bootsen met een statische kracht.

[G-LiTe]

2 Jeroen,

Idd Jeroen dat is een juiste conclusie. Je kan volgens formules uit de dynamica en de wet op behoud van energie uitrekenen welke 'statische last' een evengrote kracht zal uitoefenen als de massa in beweging (val)(kortom welke statische massa heeft evenveel energie als een massa in beweging), maar dit is geen afdoende test en vergelijkbare test omdat geen uitsluitsel geeft over het vermogen van je 'systeem' om energie afdoende, veilig en binnen op voorhand vastgestelde grenzen om te zetten.

Dit is simpelweg de reden waarom in de autoindustrie kapitalen aan 'crashtests' wordt uitgegeven.

Al de bovenstaande berekeningen steunen op grondbeginselen en principes uit de dynamica en veronderstellen een star lichaam en vergelijken energiewaardes van dit star lichaam tijdens verschillende 'toestanden' (bvb. in rust, in beweging, ...)en zonder energie dissipatie tijdens de overgangen (bvb. geen warmte afdracht tgv. luchtweerstand), wat jou en ons allemaal ,interesseert is wat er gebeurt tijdens de 'toestandsovergang' en dit is enkel echt te vatten en te ondervangen met praktijktests.

Antival-systemen zullen dus afdoende met dummies getest moeten worden en op basis van de beginselen van kansberekening daaruit onderbouwde en verantwoorde conclusies trekken.

Dit klinkt misschien erg Nasa-style, maar hou in het achterhoofd dat hoewel in de meeste industrieen rekenmodellen en formules steeds meer en meer gebruikt worden in het ontwerpproces, nog steeds de praktijktest dient uitgevoerd te worden ter certficatie.

Geert.

[G-LiTe]

Trouwens, in de context:

'Anti-val' is een naam die mijn inziens verkeerd gebruikt wordt. Een waar anti-val systeem zou per definitie een val voorkomen, een voorbeeld hiervan zou een lijn zijn die voorkomt dat je kan vallen door bvb. je bewegingsvrijheid zodanig te beperken dat van val-gevaar geen sprake meer kan zijn. (vergelijk het met een leiband bij een hond, en een dergelijk systeem dat voorkomt dat je ver genoeg zou kunnen komen om te vallen)

De systemen die hier ter sprake zijn (non-chute's, energie-absorbers, ...) voorkomen geen val maar moeten de energie die ontstaat tijdens een val opvangen binnen waardes die het menselijk lichaam en de meeste constructies aankunnen en ervoor zorgen dat je de grond niet raakt.

'Val-opvang' dekt meer de lading, niet?

Geert