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Problema dell'impatto

simonelcb

Utente Junior
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Abruzzo
#1
Salve a tutti,
ho una struttura rotante di circa 25 kg che compie mezzo giro ed impatta un fermo. Quest'ultimo viene utilizzato per fermare la rotazione. Prima dell'impatto la velocità di rotazione è di 650 rad/s. La domanda è: il software restituisce una F di contatto di 60000 N, non è elevata?
Le sollecitazioni massime raggiungono valori di 1600 MPa! Come posso valutarle in maniera realistica?
 
Professione: ♔ Technical manager - Mechanical engineer ♚
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Regione: Lombardia
#3
Realistico...ti fai i conti a mano oppure metti una cella di carico e fai battere la tavola rotante.
Fai conto che con un martello da 500g si fa una forza d'impatto fino a 100kg, cioè 1000N....

Forza di impatto = massa * velocità / tempo

Dove massa * velocità é la quantità di moto kg*m/s^2 cioè N*s.
 

simonelcb

Utente Junior
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Regione: Abruzzo
#4
Non ho molti problemi a credere che la forza d'impatto sia così elevata (ho riscontrato risultati simili anche in altre trattazioni), il problema è che non so come considerare le sollecitazioni visto che se applicarsi una F di 60000 N avrei una tensione che supera di due volte lo snervamento. Il mio dubbio è il seguente: è ovvio che non posso utilizzare una forza applicata in maniera statica pari alla forza massima registrata in quanto quest'ultima è applicata per tempi brevissimi (probabilmente microsecondi) e avrei rottura della struttura, ma se non faccio cosi come posso determinare le tensioni?
Cioè mi viene da pensare all'esempio di un martello che colpisce un tavolo. Un colpo applicato in maniera impulsiva non determina conseguenze significative. Se però si utilizzasse una pressa idraulica in grado di applicare la forza massima calcolata nell'impatto, in maniera costante, probabilmente il tavolo potrebbe piegarsi. Come posso quindi determinare una forza da applicare (possibilmente in maniera costante) in modo da ottenere le stesse sollecitazioni che si hanno quando la forza è applicata in maniera impulsiva?
 
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#5
Poi é a velocità costante? Che accelerazioni ci sono? Diametro tavola rotante? C'è da calcolare l'inerzia...
Puoi prendere spunto di calcolo con il pendolo di sharpy e confrontare i risultati.
 

simonelcb

Utente Junior
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#6
Una volta determinata la forza massima, se la utilizzo in un'analisi statica, ottengo sollecitzioni troppo elevate. Avrei rottura del becco, mentre adesso la struttura lavora e compie 2400 impatti al giorno (lavora da un anno). Posso risolvere questo problema?
 

cacciatorino

Moderatore SolidEdge
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Regione: Porto Recanati, ma con l'appennino nel cuore
#7
Una volta determinata la forza massima, se la utilizzo in un'analisi statica, ottengo sollecitzioni troppo elevate. Avrei rottura del becco, mentre adesso la struttura lavora e compie 2400 impatti al giorno (lavora da un anno). Posso risolvere questo problema?
E' un argomento che e' stato gia' trattato nel forum, fai una ricerca nell'archivio. Comunque se non sai contro cosa va a impattare il tuo oggetto, e' IMPOSSIBILE fare alcuna valutazione.

Se il cedente e' elastico, devi eguagliare l'energia cinetica della mazza con quella di deformazione elastica del riscontro, da cui risalire alla forza necessaria a deformare il riscontro.

Se invece hai anche uno smorzatore viscoso, devi considerare anche quello nel tuo sistema di ecuazioni.
 

simonelcb

Utente Junior
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Regione: Abruzzo
#8
E' un argomento che e' stato gia' trattato nel forum, fai una ricerca nell'archivio. Comunque se non sai contro cosa va a impattare il tuo oggetto, e' IMPOSSIBILE fare alcuna valutazione.

Se il cedente e' elastico, devi eguagliare l'energia cinetica della mazza con quella di deformazione elastica del riscontro, da cui risalire alla forza necessaria a deformare il riscontro.

Se invece hai anche uno smorzatore viscoso, devi considerare anche quello nel tuo sistema di ecuazioni.
Si, scusi se insisto, ma stiamo parlando sempre di forza e non di tensioni derivanti da tale forza. Ipotizziamo che la F calcolata sia corretta (F=60000 N), come posso adesso calcolare le tensioni? Se applicassi una forza simile in maniera statica il becco (100x60 mm) non resisterebbe. C'è una F statica che si può applicare per ottenere le stesse tensioni derivanti da una forza invece applicata in maniera impulsiva?
 

cacciatorino

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#9
Si, scusi se insisto, ma stiamo parlando sempre di forza e non di tensioni derivanti da tale forza. Ipotizziamo che la F calcolata sia corretta (F=60000 N), come posso adesso calcolare le tensioni? Se applicassi una forza simile in maniera statica il becco (100x60 mm) non resisterebbe. C'è una F statica che si può applicare per ottenere le stesse tensioni derivanti da una forza invece applicata in maniera impulsiva?
Allora: considera un atleta che fa salto in alto e ricade su un materasso oppure sul duro cemento. Secondo te la forza con cui impatta e' la stessa? Eppure la velocita' di impatto e' uguale, a parita' di altezza di caduta, no?

Secondo te perche' i progettisti di automobili mettono dei paraurti sul davanti delle auto? Perche' i progettisti di ferrovie mettono dei respingenti idrauilici davanti ai blocchi di arresto dei binari nelle stazioni? Etc etc etc.

Io non ho capito come hai fatto a calcolare i 60.000 N.

Comunque dalla domanda mi sembra che non hai fatto la ricerca nell'archivo, per cui ti suggerisco un risultato:

http://www.cad3d.it/forum1/threads/23296-forza-impatto-ne-ho-sentite-tante
 

simonelcb

Utente Junior
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#10
Allora: considera un atleta che fa salto in alto e ricade su un materasso oppure sul duro cemento. Secondo te la forza con cui impatta e' la stessa? Eppure la velocita' di impatto e' uguale, a parita' di altezza di caduta, no?

Secondo te perche' i progettisti di automobili mettono dei paraurti sul davanti delle auto? Perche' i progettisti di ferrovie mettono dei respingenti idrauilici davanti ai blocchi di arresto dei binari nelle stazioni? Etc etc etc.

Io non ho capito come hai fatto a calcolare i 60.000 N.

Comunque dalla domanda mi sembra che non hai fatto la ricerca nell'archivo, per cui ti suggerisco un risultato:

http://www.cad3d.it/forum1/threads/23296-forza-impatto-ne-ho-sentite-tante
Avevo già letto la sua risposta su questa discussione. So ovviamente che le forze di impatto sono diverse nei vari casi dell'atleta e non metto in dubbio ciò che lei sta dicendo. Ma ho aperto questa discussione per un'altra domanda e pensavo fosse chiaro.
Il problema è che la forza di impatto è plausibile ma le tensioni sono troppo elevate se applica quella stessa forza in maniera statica. Come posso quindi trovare le tensioni reali?
 

cacciatorino

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#11
Avevo già letto la sua risposta su questa discussione. So ovviamente che le forze di impatto sono diverse nei vari casi dell'atleta e non metto in dubbio ciò che lei sta dicendo. Ma ho aperto questa discussione per un'altra domanda e pensavo fosse chiaro.
Il problema è che la forza di impatto è plausibile ma le tensioni sono troppo elevate se applica quella stessa forza in maniera statica. Come posso quindi trovare le tensioni reali?
Dunque, secondo me il problema e' proprio nella stima dei 60.000 Newton.

Potresti aiutarci a capire come hai calcolato questa cifra? Il fatto che non riesco a far intendere e' che questo valore dipende dalla cedevolezza dell'oggetto contro cui impatta la tua massa, per cui mi interesserebbe sapere come hai modellato il sistema per trovare i 60.000 N, e capire cosi' se l'incongruenza dei 1600 MPa arriva da li'.
 

simonelcb

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#13
Immagine.jpg Immagine2.jpg
Dunque, secondo me il problema e' proprio nella stima dei 60.000 Newton.

Potresti aiutarci a capire come hai calcolato questa cifra? Il fatto che non riesco a far intendere e' che questo valore dipende dalla cedevolezza dell'oggetto contro cui impatta la tua massa, per cui mi interesserebbe sapere come hai modellato il sistema per trovare i 60.000 N, e capire cosi' se l'incongruenza dei 1600 MPa arriva da li'.
In allegato ci sono due immagini del modello. La prima immagine rappresenta la posizione di partenza (in verde si può notare il fermo). Nella seconda c'è il particolare poco prima dell'impatto. Ho eseguito uno studio del movimento a 5000fps e ho ottenuto i 60000N come risposta. Ho provato anche a fare un'analisi dinamica con modello meno complesso ma le sollecitazioni risultano sempre elevate.
Ho fatto anche un'analisi utilizzando una sfera in acciaio che impatta un piano rigido ad 1m/s e il picco di tensione nel punto di contatto quando la forza di contato è massima va oltre lo snervamento.
 

cacciatorino

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#14
Ho fatto anche un'analisi utilizzando una sfera in acciaio che impatta un piano rigido ad 1m/s e il picco di tensione nel punto di contatto quando la forza di contato è massima va oltre lo snervamento.
Credo che il problema sia in quel "rigido", che invece devi considerare cedevole, per poter fare una stima realistica.

In realta' intendevo un modello matematico con formule e schemi, non un modello 3d. ;-)
 

simonelcb

Utente Junior
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#16
Credo che il problema sia in quel "rigido", che invece devi considerare cedevole, per poter fare una stima realistica.

In realta' intendevo un modello matematico con formule e schemi, non un modello 3d. ;-)
Avevo pensato ad una riduzione del modulo di Young per avere un maggior tempo di contatto e una minor forza (materiale più cedevolo), ma non aprei valutare quanto minore dovrebbe essere.
 

simonelcb

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#17
Sfido chiunque, tranne te che conosci l'apparecchiatura, a capire da quelle due immagini chi si muove, come si muove e dove impatta.
Beh in effetti ha ragione ahaha
Giusto per la cronaca è un attrezzo di presa, ruota di 180 gradi tutta la struttura che comprende la pulsantiera con i manici, la pinza e l'attuatore (praticamente tutto ciò che sta "sotto" il fermo verde
 
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#18
Ma quel dito della pinza é messo in rotazione da un cilindro rotante...così mi pare di capire. Se é così hai sia lo smorzamento dell'aria che la meccanica interna dell'attuatore rotante che assorbono. Pertanto non stai analizzando il sistema vero e puoi essere sballato del 200/300%.
Se quello che vedo é una pinza a cremagliera a comando pneumatico che non fa ruotare ma apre e chiude hai lo stesso effetto sballato di almeno 150/200%
 

simonelcb

Utente Junior
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#19
Ma quel dito della pinza é messo in rotazione da un cilindro rotante...così mi pare di capire. Se é così hai sia lo smorzamento dell'aria che la meccanica interna dell'attuatore rotante che assorbono. Pertanto non stai analizzando il sistema vero e puoi essere sballato del 200/300%.
Se quello che vedo é una pinza a cremagliera a comando pneumatico che non fa ruotare ma apre e chiude hai lo stesso effetto sballato di almeno 150/200%
Si è una pinza a due griffe parallele pneumatica. La pinza è collegata all'attuatore che a sua volta è collegato alla pulsantiera. Quest'ultima è collegata ad un albero inclinato a 45° e collegato alle due lamiere verticali che si vedono nella prima immagine. Ruota tutto praticamente tranne le due lamiere e il perno di bloccaggio.
In ogni caso volevo cercare di mettermi nella condizione più sfavorevole cercando di non considerare i fenomeni di smorzamento. Vedrò cosa riesco a fare.
Grazie a tutti lo stesso