Jag har funderat ett tag på fackverkskonstruktioner och monocoque-diton.

Vilket är bäst egentligen, strikt ur styvhet/vikt-synpunkt?

Jag tycker det känns som att ett vältriangulerat fackverk har sitt material precis där det gör som mest nytta, dvs i trianglarnas sidor. Medans en monocoque-design har material även där det inte gör nytta, tex mitt inuti en triangel.

De bästa formelbilarna är väl monocoque allihopa? Men är orsaken där även krocksäkerheten? Eller är det att kolfiber inte går att bygga så värst bra som rörkonstruktioner, och att kolfibret har så överlägsna styvhet/vikt-egenskaper så att det ändå blir bättre än tex en alu-fackverkskonstruktion?

om man ser på Elise/Speedster. Den är alu-monocoque. Skulle inte den bli styvare och lättare (och dyrare) om den var byggd i ett alu-fackverk istället?


EDIT: stavfel

Citat:

Vilket är bäst egentligen, strikt ur styvhet/vik-synpunkt?

Monocoque.

(Dessutom, när man började göra racerbilar i monocoquekonstruktion, sket man nog högaktningsfullt i detaljer som säkerhet.)

Björn Larsson skrev:

Citat: Vilket är bäst egentligen, strikt ur styvhet/vik-synpunkt? Monocoque. (Dessutom, när man började göra racerbilar i monocoquekonstruktion, sket man nog högaktningsfullt i detaljer som säkerhet.)

Dessutom var de gjorda i aluminium, vill jag minnas.

Monocoqe.

om man har ställen där man kan avvara material i en monocoqe så är det ju bara att börja hålborra och trixa lite.

I princip kan man säga att vikt/styvhet blir bättre ju större rördiameter man har. vid en viss gräns så blir dock själva manteln för tunn och bucklar sig vid tryckbekastning eller blir penetrerad vid punktbelastning.

Man kan säga att om man vill göra en ideal rörramskonstruktion och börjar laborera med varierande diametrar på rören etc. så kommer man hamna i en monocoque så småningom.

porschedriver skrev:

Man kan säga att om man vill göra en ideal rörramskonstruktion och börjar laborera med varierande diametrar på rören etc. så kommer man hamna i en monocoque så småningom.

ok, det var en bra förklaring.

Men blir inte ett tunnväggigt rör mycket vekare när det inte är runt?

William Ekström skrev:

porschedriver skrev: Man kan säga att om man vill göra en ideal rörramskonstruktion och börjar laborera med varierande diametrar på rören etc. så kommer man hamna i en monocoque så småningom. ok, det var en bra förklaring. Men blir inte ett tunnväggigt rör mycket vekare när det inte är runt?

Så länge det inte bucklar sig så blir det vridstyvare, men buckling finns det andra knep mot t.ex. att man falsar in spår i ytorna. Kolla på t.ex. tåg där sidorna har ryggar för att inte stå och fladdra när det blir för stora ytir. Ett annat bra exempel är Junkers gamla flygplan i korrugerad plåt eller vanliga tak i korrugerad plåt.

Det är ju inte direkt slumpen som har gjort att alla flygplan är tillverkade med monocoque istället för fackverk

När Porsche konstruerade 956:an så valdes monocoque för krocksäkerhet vill jag minnas, redan på den tiden så hade man börjat med säkerhetskrav.

Monocoque-konstruktion i F1, kom inte det ungefär samtidigt som mittmotorerna och lösningen med motorn som bärande del i chassit?

Citat:

Monocoque-konstruktion i F1, kom inte det ungefär samtidigt som mittmotorerna och lösningen med motorn som bärande del i chassit?

Nja, Lotus 25 hade monocoque men climaxmotorn var inte bärande. Det du pratar om kom 1267 med Lotus 49.

Annars hade ju Voisin Laboratore som startade i Frankrikes GP 1923 (just det, 1923) monocoque.

Johan Edlund skrev:

Det är ju inte direkt slumpen som har gjort att alla flygplan är tillverkade med monocoque istället för fackverk

Nä...

Fast där använder man även monocoquen till yttre hölje som ska vara aerodynamiskt. Dvs man spar in vikten på 'skinnet'.

På en formelbil brukar ju monocoquen vara bara en ram, medans man ändå har ett 'skinn' som utgör de yttre formerna.


Hur är det med andra byggnadskonstruktioner, som broar och master? Har man gått över till monocoque-liknande designprinciper där, eller kör man fackverk än?

Citat:

Fast där använder man även monocoquen till yttre hölje som ska vara aerodynamiskt. Dvs man spar in vikten på 'skinnet'.

Så även på en modern formelbil.

Citat:

På en formelbil brukar ju monocoquen vara bara en ram, medans man ändå har ett 'skinn' som utgör de yttre formerna.

Under tidigt 80-tal ja...

William Ekström skrev:

Hur är det med andra byggnadskonstruktioner, som broar och master? Har man gått över till monocoque-liknande designprinciper där, eller kör man fackverk än?

Broar och master byggs knappast för att vara så lätta som möjligt, utan för att vara så billiga som möjligt, så helt andra kriterier. Även gamla svintunga stenbroar funkar ju alldeles utmärkt, men har inte så jättemycket med lättkonstruktion att göra. Låg vikt får gärna kosta lite mer när det gäller flygplan och racerbilar. Tror inte att ett flygplan eller racerbil i sten vore nån jättehöjdare.

AndersY skrev:

Broar och master byggs knappast för att vara så lätta som möjligt, utan för att vara så billiga som möjligt, så helt andra kriterier. Även gamla svintunga stenbroar funkar ju alldeles utmärkt, men har inte så jättemycket med lättkonstruktion att göra. Låg vikt får gärna kosta lite mer när det gäller flygplan och racerbilar. Tror inte att ett flygplan eller racerbil i sten vore nån jättehöjdare.

Jag har inte så bra koll på hur moderna sådana byggnader byggs, men förut byggde man väl mycket med fackverk, trots att det krävde mycket arbete. Men det kan ju vara så att man inte hade metoderna för att tillverka tillräkligt stora rör och saker då.

EDIT: Sen syftar jag inte på stenbroar och master, utan stålkonstruktioner..

Jag greppar det inte helt 100 än varför en monocoque-design är bättre än ett fackverk men jag ska försöka göra lite FEM-exempel för att få det klart för mig.

Elise/Speedster-ramen är ju en kvadrat med ca 2 dm höga lådbalkar. Om samma konstruktion skulle göras med rör så måste man ju ha stag kors-och-tvärs för att uppnå samma stabilitet. Balkarna kan också göras relativt tunnväggiga och materialet ligger där det gör nytta, i ytterkonturen.

Instinktivt känns det som att det är bättre, iaf...

William Ekström skrev:

Jag greppar det inte helt 100 än varför en monocoque-design är bättre än ett fackverk men jag ska försöka göra lite FEM-exempel för att få det klart för mig.

Testa att jämföra ett tunnväggigt rör och fackverk som konstruktion för en kranbom tex. Personligen skulle jag gissa att röret kan bära större böjbelastning/sin egen vikt.
Fackverk har fördelen att vara kantigt och plana ytor är bra att fästa andra saker i.

Den mest extrema skalkonstruktionen borde väl vara en sfär och tåligare konstruktion får man leta efter (Ägg tål stora belastningar om man inte punktknäcker ytan).

William Ekström skrev:

Vilket är bäst egentligen, strikt ur styvhet/vikt-synpunkt?

Frågan har inte bara ett svar. En del av lösningen ligger i vilket material man väljer/får använda. Låt oss se på ett enkelt exempel. En konsolbalk som av någon anledning måste vara jämnhög och jämntjock. Den kan antingen göras som en livplåtsbalk eller som en fackverksbalk. I livplåtsbalken ersätts kryss eller diagonaler i ett fackverk med en plåt som tar upp skjuvkrafterna. En livplåtsbalk skulle man kunne kalla en tvådimensionell monocoque, och är i grunden en mer effektiv konstruktion i och med att man har hela fält som tar upp skjuvkrafter. Vingbalkar på flygplan är vanligen livplåtsbalkar.

De vanligaste konstruktionsmetaller som stål, aluminium och titan har ungefär samma specificka styvhet. Det vill säga att E-modul genom densitet är ungefär den samma.

Så om man kan använda aluminium i sin konsolbalk kommer man att kunna spara vikt genom att göra en livplåtsbalk, beroende på att man kan utnytja formstyvheten i konstruktionen. Om man skulle använda stål är det däremot möjligt att man skulle spara vikt på att göra en fackverksbalk. Det beror på att stålplåten i liven måste vara relativt tjock för att inte buckla.

Sen har man kolfiber...