Rake, ja vanttien uusiminen

Moderators: Petri, harald

Panu
hyperaktiivi
Posts: 2300
Joined: Tue Apr 06, 2004 21:33 pm
Location: Espoo

Post by Panu »

Anonymous wrote: Vantit tai staagit eivät veny ellei ne ole lähes poikki. Kuorma on huomattavasti alle muodonmuutosrajan. Kiristettäessä toki hiukan pitenevät, mutta palautuvat täysin ennalleen.

Tyypillisesti keulastaagissa on suurin suhteellinen kuorma. Tämä johtuu siitä, että keulastaagia "vetää" myös hekki ja isopurje.

Joakim
No jos vantit eivät nyt sitten veny eikä viru niin miten vantin piteneminen ikääntyessä sitten selitetään? Onko kyse vaijerin lankojen välisestä liikkeestä, missä langat hakevat lopullisen asemansa suhteessa toisiinsa.
harald wrote:Minun polkupyörän pinnat kyllä tosin vaativat kiristystä, mutta ilmiötä ei todnäk voida selittää metallurgialla
Minullakin nuo pinnat löystyivät myös moposta ja lisäksi kaikki polkupyörän ja mopon käsijarru, vaihde ja kytkin vaijerit pahukset venyivät vaikka eivät tienneet ettei saa ](*,). Paljon vähemmällä olisin päässyt, jos vaijerit olisivat uskoneet teoriaa... :wink:.
Ystävällisin veneily terveisin PR
Guest

Post by Guest »

Panu wrote:No jos vantit eivät nyt sitten veny eikä viru niin miten vantin piteneminen ikääntyessä sitten selitetään? Onko kyse vaijerin lankojen välisestä liikkeestä, missä langat hakevat lopullisen asemansa suhteessa toisiinsa.
Siis onko tuollainen ilmiö todistettavasti havaittu? Miten paljon on vantti pidentynyt. Uutena varmaankin tuollainen lankojen asettuminen voisi tapahtua, mutta eiköhän yhden kauden jälkeen pituus pitäisi olla täysin vakio.
Minullakin nuo pinnat löystyivät myös moposta ja lisäksi kaikki polkupyörän ja mopon käsijarru, vaihde ja kytkin vaijerit pahukset venyivät vaikka eivät tienneet ettei saa Brick wall. Paljon vähemmällä olisin päässyt, jos vaijerit olisivat uskoneet teoriaa... Wink.
Minulla ovat kyllä hyvin pysyneet mitoissaan. Polkupyörästä meni viime kesänä 15 vuotta vanha vaihdevaijeri poikki. Ei vaatinut koskaan säätöä ennen viime kesää, jolloin alkoi pidetä vauhdilla ja meni sitten poikki. Jarruvaijeritkin ovat alkuperäiset ja jarrujen säätöä tarvitaan 2-3 vuoden välein, kun palat kuluvat (ajan 1500-3000 km vuodessa). Eiköhän ongelmiesi taustalla ole ruostuminen/kuluminen. Molemmathan ohentavat säikeitä, jolloin vaijerin langat mahtuvat suoristumaan -> vaijeri "venyy". Ko. vaijerit ovat myös rakenteeltaan aika erilaisia vantteihin nähden. Vantithan on suunniteltu suoriksi ja venymättömiksi eikä helposti mutkiin taipuviksi.

Pinnojakin olen joutunut kiristämään, mutta vain 1-2 kpl jotka ovat päässeet kiertymään auki liian pienestä esijännityksestä johtuen. Hyvin tehty vanne kestää ja pysyy kireänä koskematta kymmeniä tuhansia kilometrejä (tai kymmeniä vuosia) ellei jarrupinnat kulu puhki. Oma etuvanne on ajettu 15 vuotta ja ~30 tkm ilman kiristyksiä. Kerran on pitänyt oikoa hieman, kun rengas lähti vanteelta ja vanne kolhiutui.

Joakim
User avatar
harald
Hallitus
Posts: 11335
Joined: Thu Sep 19, 2002 14:32 pm
Location: Sibbo
Vene: Charlotta
Contact:

Post by harald »

Määritelkää nyt tyhmälle mitä venyminen tarkoittaa. Onko siis venyminen
pysyvä muodonmuutos? Mitä sitten kun vantti todistettavasti pitenee
(5mm 2m näytteenottomatkalla) rikiä esijännitettäessä, eikö tämä ole
venymistä? Vai onko tämä kaikki venymistä?
FIN-2674 s/y Charlotta [Mielipiteet on mielipiteitä] GSM: +358 50 594 1020
Guest

Post by Guest »

harald wrote:Määritelkää nyt tyhmälle mitä venyminen tarkoittaa. Onko siis venyminen
pysyvä muodonmuutos? Mitä sitten kun vantti todistettavasti pitenee
(5mm 2m näytteenottomatkalla) rikiä esijännitettäessä, eikö tämä ole
venymistä? Vai onko tämä kaikki venymistä?
Guest

Post by Guest »

harald wrote:Määritelkää nyt tyhmälle mitä venyminen tarkoittaa. Onko siis venyminen
pysyvä muodonmuutos? Mitä sitten kun vantti todistettavasti pitenee
(5mm 2m näytteenottomatkalla) rikiä esijännitettäessä, eikö tämä ole
venymistä?
Venyminen ei ole kovinkaan täsmällinen termi. Aineita kuormittaessa tapahtuu ainakin seuraavia "venymisiä":

1. Jännityksen (kuorman) aiheuttama venymä, joka palautuu täysin kun kuorma poistetaan. Vanttien jännitys esim. tämän ohjeen http://www.dedekam.com/rdetail1.html mukaan tehtynä on selkeästi tällä alueella esijännityksen ollessa ~200 N/mm2 ja maksimikuorman purjehtiessa ollessa ~ 500 N/mm2.

2. Ylijännityksen (myötörajan ylitys) aiheuttuma venymä, joka palautuu vain osittain kun kuorma poistetaan eli on syntynyt pysyvä muodonmuutos. Hyvälaatuisilla teräksillä (vantit, pinnat) tämä vaatii 700-1000 N/mm2 jännityksen siis 6 mm vaijerille yli 20000 N eli 2000 kg.

3. Pitkäkestoisen jännityksen aiheuttama kasvava venymä eli viruma, joka palautuu vain osittain eli on syntynyt pysyvä muodonmuutos. Tähän vaaditaan erittäin suuri jännitys (lähellä kohtaa 2.) ja/tai korkea lämpötila.

4. Venyminen lämpölaajenemisen seurauksena. Palautuu lämpötilan palautuessa.

Joakim
Vieras

Post by Vieras »

No tuo venyminen on tietenkin hieman huono termi. Pitäisi puhua kimmoisista muodonmuutoksista ja pysyvistä muodonmuutoksista. Vanttihan venyy kun sitä kuormitetaan, mutta muodonmuutos ei ole pysyvää ennen kuin materiaalin myötöraja ylitetään vaan venymä palautuu alkutilaan kun kuorma poistetaan. Vertaapa esim. jouseen. Sama ilmiö. Jousivoiman kaava on F=kx, jossa F on voima, k=jousivakio ja x=painuma (venymä). Vantille k=EA/L, missä E on kimmomoduli, A on vaijerin pinta-ala ja L on pituus. Tuostahan jo sitten saatkin tarvittavan voiman tai vastaavasti venymän jollakin voimalla.

Sellaista tällä erää. Selvisikö?

Antti
harald wrote:Määritelkää nyt tyhmälle mitä venyminen tarkoittaa. Onko siis venyminen
pysyvä muodonmuutos? Mitä sitten kun vantti todistettavasti pitenee
(5mm 2m näytteenottomatkalla) rikiä esijännitettäessä, eikö tämä ole
venymistä? Vai onko tämä kaikki venymistä?
Guest

Post by Guest »

Määritelkää nyt tyhmälle mitä venyminen tarkoittaa. Onko siis venyminen
pysyvä muodonmuutos? Mitä sitten kun vantti todistettavasti pitenee
(5mm 2m näytteenottomatkalla) rikiä esijännitettäessä, eikö tämä ole
venymistä? Vai onko tämä kaikki venymistä?
Yleensä kun puhutaan venymisestä tarkoitetaan elastista muodonmuutosta. Tästä on kysymys mainitsemassasi rikin esijännityksessä. Entinen muoto siis palautuu kun jännitys poistetaan. Tuon venymän suuruus riippuu jännityksestä, poikkipinta-alasta ja materiaalin kimmokertoimesta.

Tässä keskustelussa on ollut kyse pysyvästä muodonmuutoksesta, joka ymmärtääkseni voidaan saavuttaa joko ylittämällä materiaalin myötölujuus, jolloin muodonmuutos tapahtuu samantien, tai virumalla, eli pitkäaikaisen jännityksen aikaisena hitaana muodonmuutoksena.


Lainaus: "Anderberg ja Thelandersson esittivät vuonna 1976, että teräksen kokonaisvenymä
jaetaan virumasta ja jännityksestä aiheutuvaan venymään sekä vapaaseen
lämpölaajenemiseen (43). Virumalla tarkoitetaan vakiokuormituksella ajan mukana
tapahtuvaa muodonmuutosta. Teräksellä viruman vaikutus on normaalilämpötilassa
hyvin pieni eikä sitä huomioida mitoituksessa, mutta teräksen lämpötilan kohotessa
viruman vaikutus kasvaa merkittävästi, jolloin se pitää huomioida mitoituksessa."
Lainaus on diplomityöstä, jossa käsitellään teräputkiristikkoa, eikä siis esijännitettyä rakennetta.

Myös minä olen pyöräillyt paljon, ennen ajokortin saamista yli 5000 km vuodessa, ja olen kyllä joutunut kiristämään pinnoja säännöllisesti. Tosin pinnoissakin on eroja, uuden takavanteen hankittuani kiristämisen tarve väheni huomattavasti. Myös sekä vaihde- että jarruvaijerit ovat vaatineet säännöllistä kiristystä, vaikkakin tuota jarruvaijerin kiristystä on hankalampi seurata kun palan kuluminenkin aiheuttaa kiristystarvetta. Samoin auton käsijarruvaijeria olen pariin otteeseen joutunut kiristämään. Jos nämä eivät johdu virumisesta, niin sitten jostain muusta pysyvästä muodonmuutoksesta, mutta miksipä tämä mystinen joku muu muutos ei koskisi myös vanttia?
Guest

Post by Guest »

Joakim, oletko varma tuosta vantin jännityksestä? Jos vanttini maksimijännitys purjehtiessa on 500N/mm2 ja myötölujuus esim 700N/mm2, niin kyllä pelottaa. Varmuusluvuksihan tuosta tulee 1,4, mikä on tavallisessa koneenrakennuksessakin erittäin pieni, eikä tässä ole vielä edes otettu väsymistä huomioon. Luulisi, että merenkulussa käytettäisiin paljon suurempia varmuuksia, kun kysymys on kuitenkin ihmishengistä.

-Ahti
User avatar
harald
Hallitus
Posts: 11335
Joined: Thu Sep 19, 2002 14:32 pm
Location: Sibbo
Vene: Charlotta
Contact:

Post by harald »

Minä laskin vähän Dyformin "breaking load" arvojen mukaan jotka
löytyvät tuosta:

http://www.s3i.co.uk/1x19Dyform.php

Sen mukaan sain että se vastaa noin 1220N/mm². Ja jos maksimikuorma
on Joakimin lähteen mukaan 500N/mm² niin eikös se varmuuskerroin
ala jo olemaan jonkinlainen? Toki breaking load ei ole sama kuin myötö-
lujuus..
FIN-2674 s/y Charlotta [Mielipiteet on mielipiteitä] GSM: +358 50 594 1020
User avatar
harald
Hallitus
Posts: 11335
Joined: Thu Sep 19, 2002 14:32 pm
Location: Sibbo
Vene: Charlotta
Contact:

Post by harald »

Tuosta löytyy mielenkiintoista:

http://boatdesign.net/articles/standing-rigging/
FIN-2674 s/y Charlotta [Mielipiteet on mielipiteitä] GSM: +358 50 594 1020
Guest

Post by Guest »

Anonymous wrote:Joakim, oletko varma tuosta vantin jännityksestä? Jos vanttini maksimijännitys purjehtiessa on 500N/mm2 ja myötölujuus esim 700N/mm2, niin kyllä pelottaa. Varmuusluvuksihan tuosta tulee 1,4, mikä on tavallisessa koneenrakennuksessakin erittäin pieni, eikä tässä ole vielä edes otettu väsymistä huomioon. Luulisi, että merenkulussa käytettäisiin paljon suurempia varmuuksia, kun kysymys on kuitenkin ihmishengistä.

-Ahti
Rikien varmuuskertoimet ovat 2-3. http://boatbuilding.com/article.php/rigdesignhints

Suurempia ei ole järkevää käyttää, koska paino lisääntyisi hurjasti.

Varmuuskertoimet lasketaan murtolujuuteen. Myötäminen sinänsä on turvallisuuden kannalta hyvä asia. Parempi se on, että vantti antaa hieman periksi, jolloin kuorma yleensä pienee, kuin että se menisi heti poikki.

Jännitykset on melko helppo laskea venymästä. Ainoa ongelma on E, joka vaijerille on jotain muuta kuin terästangolle. Se voi olla esim. 60% teräksen arvosta ja Dyformilla enemmän. Ero johtuu siitä, että säikeiden puristuminen toisiiinsa suoristaa niitä, joka myös venyttää vaijeria.

Nyt siis suhteellinen venymä * E on jännitys eli 4 mm /2000 mm * 200 GPa * 60% = 240 N/mm2

SItten kun toinen vantti roikkuu, toiseen vanttiin kohdistuu tuplakuorma: http://www.dedekam.com/rdetail5.html

Tästäkin voi periaatteessa mennä yli, mutta veneen runko alkaa todennäköisesti jo joustaa, jolloin vantin kuorma ei kasva loputtomasti. Viimeisenä tulee vastaan veneen oikaiseva momentti, mikä onkin rikin kuormien laskentaperuste.

Joakim
Panu
hyperaktiivi
Posts: 2300
Joined: Tue Apr 06, 2004 21:33 pm
Location: Espoo

Post by Panu »

Tervehdys

Jotenkin tämä keskustelu on päässyt hämmentämään minua ja välillä on tullut jopa uskonpuutekin. Erilaisiin perusteisiin on vedottu voimakkaasti, mutta täyttä selvyyttä ei vieläkään mielestäni ole esitetty. No pieni konsultointi kahden alaa tuntevan tekniikan lääkärin, ei kun tohtorin (lujuusoppi ja materiaalitekniikka) kanssa vahvisti omaa mielikuvaani aiheesta.

Se että TKK:n rakennusosastolla ei teräspalkeissa havaittu virumista ei tarkoita sitä, ettei virumista / pysyvää muodonmuutosta tapahtuisi noin yleensä. Kyseinen tulkintahan on tutkimuksen lähtökohdista tulkittu ja siten tulosta ei voi soveltaa uudelleen tulkitsematta tarkastelualueensa ulkopuolella. Teräksillä on havaittu ”virumista” jopa pakkasessa. Viruminenhan tapahtuu tyypillisesti kahdella mekanismilla: Diffuusio viruminen ja dislokaatio viruminen. Diffuusio viruminen on voimakkaasti riippuvainen lämmöstä (diffuusio = lämpöliikkeen aiheuttamaa atomien siirtymistä), mutta tuon dislokaatio virumisen mekaniikka ei sinällään lämpöä tarvitse syntyäkseen.

Materiaaleja väsyttäessä, mitä vanttien kohdalla varmastikin tapahtuu, jokaisella kuormituskerralla materiaaliin syntyy sekä kimmoista että PLASTISTA (pysyvää) muodonmuutosta, josta tuon plastisen osuus hyvin hyvin pieni. Kun kuormituksia vuosien varrella kertyy, niin tämän pienten plastisen muodonmuutosten aiheuttama kumulatiivinen suhteellinen mittamuutos on jo havaittavissa, varsinkin kun vantti on pitkä. Lisäksi tähän ”venymiseen” vaikuttaa voimakkaasti myös materiaalin laatu. Vantit on pääsääntöisesti tehty AISI 316L austeniittisesta haponkestävästä teräksestä, jonka austeniittinen kiderakenne on alttiimpi muodonmuutoksille kuin normaaleissa teräsrakenteissa käytetyt ferriittis - perliittiset teräslaadut. Lisäksi on huomattava että tuo myötöraja on ns. 0,2 suhteellisuus raja, mutta se ei tarkoita etteikö materiaalin myötämistä tapahdu myös alemmilla kuormilla.

Jos edelliseen lisätään vielä veneiden vanttien kaupallisen edustajan toteamus, että vaijerit eivät veny, niin on vaikea enää muodostaa "teoreettista" mallia itselleen.

Jotenkin tässä tuntuu siltä, että jokainen osapuoli on osallaan oikeassa. Virumista ei voida välttää vaikka lämpötila olisi pakkasen puolella. Siellä missä on jännityksia tapahtuu myös virumista.

Se onko keskustelun lähtökohta vanttiruuvien säätöjen loppumisesta aiheutunut virumisesta / "venymisestä", vaijerin säikeiden välisestä liikkeestä taikka veneen rakenteiden joustamisesta on tapauskohtaisesti vaikea määrittää, varsinkin kun ei ole olemassa alkuperäistä mittaustietoa.
Ystävällisin veneily terveisin PR
User avatar
harald
Hallitus
Posts: 11335
Joined: Thu Sep 19, 2002 14:32 pm
Location: Sibbo
Vene: Charlotta
Contact:

Post by harald »

Tyypillisiä arvoja sekä 1x19 että 1x19 dyformille.

http://www.s3i.co.uk/wiretehnical.php

tuosta laskemalla sain että 5kN esijännitys ylävantissa vastaa 3.74mm
venymää dyformissa, mutta tavallinen 1x19mm venyy jo 4.65mm.

Elastic Stretch = (W x L) / (E x A)

where:-
W = Applied Load ( kN )
L = Cable length ( mm )
E = Strand Modulus ( kN/mm2)
A = Area of Cable = (D2 x pi) / 4 (where D= Dia of cable mm)

Typical values for E are:-
1x19 = 107.5 kN / mm 2
7x7 = 57.3 kN / mm 2
7x19 = 47.5 kN / mm 2
Dyform = 133.7 kN / mm2

W = 5000N
L = 2000mm
E =
A = 20mm²
Stretch = X?

Dyform
( 5kN * 2000mm ) / ( 133.7 * 20) =
10 000 / 2674 = 3.74 mm

1x19
(5kN * 2000mm ) / ( 107.5 * 20 ) =
10 000 / 2150 = 4.65mm
FIN-2674 s/y Charlotta [Mielipiteet on mielipiteitä] GSM: +358 50 594 1020
Guest

Post by Guest »

Esimerkki vaijerin virumisesta:

Entinen alaiseni on suunnitelliut erään ydinvoimalan suojakuoren, jonka rakenteessa on esijännitetyt teräsvaijerit (lujuus 1850 N/mm2). Ne jännitetään 80% murtolujuudestaan ja laskennassa on huomioitu, että 40 vuoden aikana JÄNNITYS alenee 5 % virumisen seurauksena.

Nyt siis esijännitys on 4-kertainen verrattuna purjeveneen vantteihin. Jännitys tippuu 5% eli viruma on 5% jännitysvenymästä eli täysin mitätön vanttien kannalta.

Varmasti ko. teräs on parempilaatuista ja vähemmän viruvaa kuin vantit, mutta ko. esimerkki kuitenkin osoittanee, että viruminen vaijereilla on hyvin vähäistä.

Jos tosiaan on havaittu, että säätövara vanttiruuveissa vähenee vuosien varrella, on todennäköisin syy mielestäni se, että kannen rakenne on myötänyt. Eikös Charlotassakin havaittu mastojalan painumista kanteen.

Tarkoitus ei ollut väittää, että ko. diplomityö todistaisi asian. Siitä vain sattui löytymään virumasta suomenkielistä tekstiä. Tässä löytyy kuvaajakin virumisesta: http://www.vtt.fi/virtual/try/Esdep/l18/HTML/L18-2.htm

Kuvaajasta havaitaan, että virumista tapahtuu vasta kun liikutaan yli 50% myötörajaa vastaavissa jännityksissä ja lisäksi kylmämuokkaus merkittävästi vähentää virumista.

Tässä 316L:n datoja, joissa viruman arvoja annetaan vasta 550 C alkaen ja silloinkin ne vaativat melko suuren jännityksen. Huomaa myös, että ko. materiaalin murtolujuus on vain puolet vanttien murtolujuudesta, johtuen kylmämuokkauksesta.
http://www.tanks-ss.com/SX316.pdf

Joakim
FIN 869

Kyllä vantit viruvat

Post by FIN 869 »

Itse asiassa vanntein venymää periaatteessa voi käyttää oikean voiman määrittämiseen. Tosin loosin rikimittari on käytännöllisempi
kts linkki

http://www.dedekam.com/rdetail1.html
Post Reply