Svävare: Konstruktion av hytt till en svävare

Svävare

Konstruktion av hytt till en svävare

Hovercraft

Cabin design engineering

Thomas Carlsson

Fakultet: Fakultet för teknik-och naturvetenskap

Ämne/Utbildningsprogram: Maskiningenjör examanesarbete Högskolepoäng: 22.5 HP

Handledarens namn: Anders Wickberg

Sammanfattning

Detta projekt är ett samarbete mellan två studenter på Karlstads Universitet och Markus Norström på Hovercraft solutions. Projektet gick ut på att designa och konstruera en hytt till en svävare av modell 380 TD. Projektet utfördes i två delmoment, en del som rörde design/utformning och en del som rörde konstruktionen. I denna rapport så får man följa konstruktionsdelen av projektet. Rapporten kommer följa produktutvecklingsprocessen, genom att metodiskt och systematiskt komma fram till lämpliga materialval och konkreta lösningar på de problem som kan uppstå vid konstruktionen.

Materialval för de ingående delarna gjordes utifrån en bakgrundsundersökning med Ashby-metoden.

Bakgrundsundersökningen gav en fingervisning på vilka material som borde vara lämpliga och Ashby-metoden bekräftade detta så att ett slutgiltigt materialval kunde göras. Utifrån det designarbete som utfördes i det parallella arbetet, så utformades en båge utifrån de krav som ansattes i början av projektet. Det blev en båge av aluminium, vars profil integrerar både gångjärn och möjlighetet för infästning av utrustning. Bågen utgör själva kärnan av konstruktionen och ska fungera som en stabil grund för resterande del av hytten. En ram konstruerades av standardprofiler i aluminium för att stabilisera konstruktionen så att den inte känns vek och ger tillräcklig styvhet.

Ramen fungerar som infästningspunkt för framrutan och sandwichkonstruktionen som fungerar som

tak och vägg till hytten. Efter materialval, utformning av båge och utformning av ram kunde val och

placering av gasdämpare för de rörliga hyttdelarna göras. En lösning på montering av fönster och en

infästning av bågen på svävaren. Vikten på hela hytten blev 84 kg, vilket är väldigt nära målvikten

som var 80 kg.

Abstract

This report will describe a project between two students from Karlstad University and Markus Norström from Hovercraft solutions. The project aim was to develop a cabin for the hovercraft 380TD. The project was divided into two sub parts; one concerning the design of the cabin and one concerning the engineering. Throughout this rapport you can follow the engineering part of the project. The project has followed a systematic product development process resulting in optimized results for material selection and engineering solutions. Material for the parts of the cabin was selected, by implementation of the Ashby-method. The research gave a hint about possible materials and the Ashby-method confirmed it. A final material selection was then made. A center frame was developed in aluminum, with an integrated hinge and possibilities for mounting different types of equipment. The frame is the core of the construction and works a solid ground for the rest of the cabin. A space-frame was developed out of standard aluminum profiles to stabilize the construction to required stiffness. The space-frame follows the current design and works as an attachment point for the front window as well as the sandwich construction that works as roof and wall for the cabin.

After these steps, the selection and placing of a gas damper was made for the moveable parts. A

possible solution for the mounting of the windows was developed as well as a solution for the

mounting for the frame on the hovercraft. The final weight of the cabin is calculated to 84 kg, very

close to the target value of 80 kg.

Innehållsförteckning

Sammanfattning Abstract

1. Inledning ...6

1.1 Bakgrund ... 6

1.2 Problemformulering ... 6

1.3 Syfte ... 6

1.4 Målsättning ... 6

2. Genomförande ...7

2.1 Teori ... 7

2.2 Problemspecifikation ... 7

2.3 Bakgrundsundersökning ... 8

2.4 Materialval ... 8

2.6 Modellering av svävarhytten ... 11

2.8 Vald design ... 11

2.9 Konceptgenerering för utformning av bågen ... 13

2.10 Beräkningar av bågen ... 13

2.11 Stabilisering av hytten med hjälp av ett ramverk ... 15

2.12 Val av gasdämpare ... 15

3. Resultat... 16

3.1 Resultat av bakgrundsundersökning ... 16

3.2 Materialvalsprocess och utformning av hytt ... 16

3.2.1 Problemformulering ... 16

3.2.2 Meritvärde ... 17

3.2.3 Sållning ... 17

3.2.4 Rangordning ... 17

3.2.5 Materialinformation ... 19

3.2.6 Tillverkning av en sandwichkonstruktion ... 20

3.3 Materialval och utformning av båge... 21

3.3.1 Problemformulering ... 21

3.3.2 Meritvärde ... 22

3.3.3 Sållning av material i CES-Edu pack ... 22

3.3.4 Rangordning ... 23

3.3.5 Materialinformation ... 24

3.3.6 Tillverkning ... 25

3.3.7 Utformning av båge ... 25

3.3.8 Fas ett: val av dimensioner ... 27

3.3.9 Fas två: Utformning... 28

3.3.10 Integrerad infästning av hytt ... 30

3.3.11 Val av koncept ... 32

3.3.12 CAD av valt koncept ... 33

3.3.13 Slutresultat ... 33

3.3.14 Resultat av beräkningar på bågen ... 34

3.4 Ramverk ... 35

3.4.1 Resultat FEM av ram ... 36

3.5 Infästning ... 37

3.5.1 Infästning av fönster ... 37

3.5.2 Placering och val av gasfjädrar ... 39

3.5.3 Placering av fästen till båge ... 40

3.5.4 Val och placering av tätningslister ... 41

3.5.5 Val av höjd på bågen ... 41

3.6 Totalvikt för svävaren ... 41

4 Diskussion ... 42

5 Slutsatser ... 44 Referenslistor

Bilaga 1: Beräkningar Bilaga 2: FEM resultat Bilaga 3: Bilder på bågen Bilaga 4: Tillverkningsritningar

Bilaga 5: Placering av tätningslister/gasfjädrar

6

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Företaget Hovercraft solutions ifrån Hammarö utanför Karlstad är i behov av en hytt till en svävare.

Företagets primära tjänst är transporter till och från vindkraftparken i Vänern och under vinterhalvåret använder de sig av svävare till detta. Hovercraft solutions har idag en stor och instabil svävare och vill köpa in en mindre och stabilare svävare. Den mindre svävaren har idag ingen befintlig hytt och Hovercraft solutions vill utforska möjligheten att konstruera en sådan.

1.2 Problemformulering

Konstruera en hytt till en befintlig svävare (380 TD), utan att försämra den befintliga prestandan och uppfylla de krav som en sådan konstruktion har. Hytten måste vara en lättviktskonstruktion, och kunna vara lätt att plocka av och på, beroende på användningsområde.

1.3 Syfte

Att kunna använda en mindre svävare under vintertid.

1.4 Målsättning

Att konsturera en lättviktig hytt som går att tillverka, inklusive en fullständig materiallista och tillverkningsmetoder. Det ska även finnas fullständig 2D och 3D ritningar på hytten.

2. Genomförande

2.1 Teori

Detta projekt bygger på en produktutvecklingsprocess och genom metodik och struktur så utvecklas en ny produkt. I detta projekt kommer produktutvecklingsprocessen i Figur 1 följas (Johannesson et al, 2004) Projektet startade med en bakgrundsundersökning, för att förstå och avgränsa problemet och gick sedan vidare in en idégenereringsfas olika koncept som skulle vara möjliga togs fram.

Sedan valdes det bästa konceptet ut metodiskt och godkändes av uppdragsivaren för vidareutveckling.

Figur 1: Produktutvecklingsprocessen enligt (Johannessons et al, 2004)

2.2 Problemspecifikation

Projektet började med ett möte med uppdragsgivaren Hovercraft solutions för att få en tydlig bild över problemet och vilka mål som fanns med projektet. Mötet resulterade i en lista med krav om hur hytten till svävaren 380 TD skulle utformas och vilka funktioner som hytten måste ha (de sex kraven ses i Tabell 1).

Tabell 1: Initiala krav på funktioner som hytten ska uppfylla

1 En lättviktig konstruktion (ca 80 kg) 2 Maximera sikten inifrån hytten 3 Imfri framruta värmefunktion 4 Fäste för elektronik på tak

5 Öppningsfunktion både fram och bak

8

Efter det initiala mötet med Hovercraft solutions så utformades en projektplan med en inkluderande tidsplan och riskanalys för att strukturera upp projektet. Detta utfördes genom att analysera de olika arbetsområden som krävs för att genomföra projektet. Denna analys utfördes enligt de kunskaper som införskaffades under IPU kursen på Karlstads universitet.

2.3 Bakgrundsundersökning

För att bli mer insatt i problemet så utfördes en noggrann bakgrundsundersökning över olika lättviktskonstruktioner som finns på marknaden idag men även hur tillverkningen fungerar i andra typer av konstruktioner. Båtar är det närmaste man kan komma till en svävare eftersom de opererar i samma typ av miljö och då båttillverkningen är mer utbredd än tillverkningen av svävare så studerades denna bransch för att se hur de löst liknande problem. När det gäller lättviktskonstruktioner så valdes husvagnstillverkning som bakgrundskälla då husvagnar ofta har en stabil konstruktion med låg vikt. Sverige har idag ett par olika tillverkare av husvagnar och för att få en djupare förståelse för hur deras lättviktskonstruktion är uppbyggd och hur de löst problemet med stabilitet kontra låg vikt, så analyserades dessa konstruktioner närmare. En annan bransch som också har problem med vikt kontra hållfasthet är flygplanstillverkning och därför gjordes även bakgrundsundersökningar på hur de löst problemet i denna bransch.

För att lösa problemet med den öppningsbara hytten som var ett av de krav Hovercraft solutions hade så gjordes bakgrundsundersökningar inom branschen som tillverkar släpvagnar med öppningsbara hytter vilket kan ge idéer till lösningen på detta problem, där en idé är att använda sig av gasdämpare, för att underlätta öppning och stängning av de rörliga delarna.

2.4 Materialval

Ett materialval till bågen och hytten utfördes med hjälp av Ashby-metoden (Ashby, 2011) för att

identifiera material som kan vara lämpliga för tillverkningen. Utifrån de materialförslag denna

metod gav sållades det bästa materialet fram utifrån en rad olika egenskaper/faktorer som påverkar

materialvalet. Detta gjordes med hjälp av programmet CES-Edu pack (Michael F. Ashby, 2011) Med

sållningsmatriser så kunde ett slutligen materialval göras tillsammans med uppdragsgivaren.

Kriterier som materialen bör uppfylla är;

 Låg vikt

 Relativt hög hållfasthet

 Relativt hög styvhet

Den metod som används för sållningsmatrisen är en kriterierangmetod med viktning enligt (Johansson et al., 2004) I denna metod ansätter man en rad egenskaper som är viktiga för valet av material och sedan ansätts en viktsfaktor av varje egenskap så att summan av alla viktfaktorer blir 1.00. Sedan används bedömningspoäng för att betygsätta hur bra materialet uppfyller de egenskaperna som krävs. Ett exempel på en sållningsmatris ses i Tabell 2.

Bedömningspoäng

 0 = fungerar ej

 1 = fungerar dålig

 2 = fungerar tämligen väl

 3 = uppfyller funktionen bra

Tabell 2: Exempel på hur sållningsmatrisen fungerar

Material A B C D E F G Totalt

Viktsfaktor 0,2 0,16 0,1 0,14 0,17 0,06 0,17 1.0

material 1 3 1 2 0 3 2 1

0,6 0,17 0,1 0 0,54 0,12 0,18 1,71

10 2.5 Utformning av svävarhytten

Ett möte med uppdragsgivaren anordnades för att presentera olika typer av idéer och koncept som skulle kunna fungerar som en lösning på problemet med utformingen av svävarhytten. På mötet presenterades även förslag på utformningen av bågen som ska fungera som en bärande grund till hytten, tillsammans med de olika val av material som gjorts och hur man bäst kunde tillverka hytten.

Mötet resulterade i ett koncept på hur bågens utformning skulle se ut och även det material som uppdragsgivaren ville tillverka hytten av. Uppdragsgivaren från Hovercraft solutions lade även till två ytterligare krav som hytten måste uppfylla (Tabell 3).

Tabell 3: Uppdaterade krav på funktioner som hytten ska uppfylla

1 En lättviktig konstruktion (ca 80 kg) 2 Maximera sikten inifrån hytten 3 Imfri framruta Värmefunktion 4 Fäste för elektronik på tak

5 Öppningsfunktion både fram och bak

6 Taklucka

7 Mer fönster i designen

Eftersom Gustavsson

ansvarig för designarbetet av hytten valde att använde sig av en standardframruta av aluminium, glas och plexiglas så behövdes inte konstruktionen av denna del utföras i detta arbete. För att kunna stabilisera denna standardframruta så behövdes dock en undersökning göras för att bestämma hur stabilisering av hela konstruktionen skulle utföras. Detta gjordes genom att undersöka bilindustrins konstruktioner och ta inspiration av ramverk som används inom denna bransch.

1 Designansvarig Martin Gustavsson 20 februari 2012 Karlstad Sverige

2.6 Modellering av svävarhytten

Till sist införskaffades en ritning på svävaren Griffon 380 TD och då kunde ett arbete påbörjas av att modellera upp den befintliga svävaren för att sedan kunna testa alla möjliga lösningar på hyttdesignen i en 3D ritning. För att genomföra detta användes programmet PRO Engineer (Sam Geisberg, 1985) som är ett CAD-program som tillhandahålls av Universitetet.

2.8 Vald design

Utifrån det designarbeta som utfördes av Gustavsson

så valdes följande design av uppdragsgivaren.

(figur 2,3 och 4).

Figur 2: Den röda delen är konstruktionen som fungerar som vägg och tak. Framrutan är en standardframruta som valts i designprocessen. Bågen i mitten ska fungera som en grund i hytten och vara bärande för de två delar. Bild från (Gustavsson 2012)

12

Figur 3: Det gröna delen är var den bärande ramen ska placeras. Bild från (Gustavsson 2012)

Figur 4: ytterligare en bild på designen. Pilen pekar på ett av alla fönster som ska in i designen.

Bild från (Gustavsson 2012)

2.9 Konceptgenerering för utformning av bågen

En båge skulle utformas så att den uppfyller de krav/funktioner som hytten ska ha.

Första steget var att specificera de krav som bågen ska uppfylla

 Bärande

 Montering av diverse utrustning

 Fungerande gångjärn

 Lätt

 Tillverkningsbar

Utifrån dessa krav gjordes sedan en konceptgenerering. För att besluta vilket koncept som man skulle gå vidare med användes Pughs relativa beslutsmatris (Johannesson et al., 2004). Valet av koncept genererade sedan ytterligare tre koncept och för att göra ett slutgiltigt val så användes en elimineringsmatris av Pahl och Beits enligt (Johannesson et al., 2004)).

2.10 Beräkningar av bågen

För att kunna kontrollera så att bågen håller för de påfrestningar den utsätts för så gjordes beräkningar på en förenklad variant av ramen. I beräkningarna kontrollerades nedböjningen på X,Y och Z led och även på vilken sträckgräns materialet minst måste uppnå. För detta följdes metodiken för dimensioneringskriterier enligt (Johannesson et al., 2004)

Belastningar (statisk last)

 Vindlast på 25 s/m

 Egenvikt: vikt från hytten 75 kg = ca 750 N

 Vikt ifrån diverse utrustning 25 kg = ca 250 N

 Snölast: 1000 N/m

14 Dimensionering av krafter som påverkar hytten

där;

= 1.2 (enhetslös) V = 25 (s/m)

A = projicerande area på hyttan (m

) F

= N

Förkommande lastfall

Tabell 4: Förkommande lastfall

Egentyngd Snölast Vindkraft Vikt från

utrustning

Totalt

Uppifrån 750 N 1000 N 0 N 250 N 2000 N

Från sidan 0 0 1000 N 0 1000 N

Krafter framifrån 0 0 1300 N 0 1300 N

För att kunna beräkna krafterna som belastar bågen gjordes förenklingar av bågen (Figur 5)

Intuitiv dimensionering

 Ett fyrkantigt tvärsnitt 100x50x3 (mm)

 Enbart raka former

Figur 5: En förenkling av bågen för att kunna utföra de beräkningar av krafter som belastar bågen

Handboksmetod, analytiska elementarfall

För en överslagsberäkning av bågen så valdes att lägga all kraft på bågen, fast i verkligheten fördelas

kraften över en större area. Resultat av beräkningarna blir högre än i verkligheten. Beräkningarna

kan följas i (Bilaga 1).

FEM beräkningar

FEM beräkningar utfördes för att kontrollera om beräkningarna stämde för att göra detta användes Pro Engineer(Sam Geisberg, 1985). För bilder av FEM se (Bilaga 2) . För att kunna göra Fem

Hållfasthetsdata, materialdata

Inhämtas ifrån programmet CES-Edu pack (Michael F. Ashby, 2011)

2.11 Stabilisering av hytten med hjälp av ett ramverk

Genom användning av standardprofiler utformades ett ramverk efter designen så att hytten ska kännas stabil och klara av de krafter den utsätts för. Detta gjordes genom att studera så kallade

”space frames” som används inom bilindustrin.

För beräkningar av stabiliteten i hytten kommer FEM användas, genom att använda de lastfall som ansattes i (Tabell 4). Lastfallet kommet appliceras som en utbredd last i X, Y och Z led på ramen samt vägg och tak konstruktionen som består av en sandwichkonstruktion. För att utföra FEM gjordes förenklade modeller av ramverk och de bärande väggar och tak. Sedan beräknades E-modul för sandwichkonstruktionen i (Bilaga 1).

2.12 Val av gasdämpare

Kriterier som bestämer val av gasfjädrar är;

 Klara av minst 100 kg

 Standardartiklar

 Fungerar i en marin miljö

 Finns i olika längder

 Infästningsmöjligheter

 Tillgängligheten

16

3. Resultat

3.1 Resultat av bakgrundsundersökning

Undersökningen av de olika branscherna gav en fingervisning på att sandwichkonstruktioner kan vara en lämplig materialtyp för en lättviktigkonstruktion. Utifrån studierna av bil och flygplansindustrin sågs ett tydligt mönster att en så kallad spaceframe är nått att titta närmar på. En spaceframe är en lättviktigt ram som används för att stabilisera upp konstruktionen. Ett lämpligt material som används i stor utsträckning i lättviktiga konstruktioner är aluminium.

3.2 Materialvalsprocess och utformning av hytt

Detta materialval och utformning är för den delen av hytten som ska fungera som vägg och tak på konstruktionen.

3.2.1 Problemformulering

Funktion: Ett lätt material som ska användas som skal till hytten Mål: Minimera vikten

Restriktioner: Ska tåla; UV-ljus, lätta baser/syror, vatten, värme/kyla (60+, -40 C). Ska ha en viss styvhet, goda hållfasthetsegenskaper och goda isolerande egenskaper.

Målfunktion: m=B*L*T*densitet (Figur 6) Fria variabler: Tjocklek (T), material

Figur 6: Målfunktionsillustration

3.2.2 Meritvärde Styvhet:

Hållfasthet:

3.2.3 Sållning

Utifrån meritvärdena M

och M

så bestäms kopplingskonstanten C. Utifrån dessa värden och restriktioner lämpliga material hittas med hjälp av CES-Edupack (Michael F. Ashby, 2011)

3.2.4 Rangordning

Utifrån de material som CES-Edupack rekommenderade kunde slutsatsen dras att det lutar åt en

sandwichkonstruktion. De material som Programet CES-Edupack gav som förslag var följande se

(Tabell 5);

18 Tabell 5: Material från CES-Edupack

Kärnmaterial Ytterlaminat

Divinycell Kolfiberarmerad epoxi

Polyuretanskum Glasfiberarmerad polyester

Utifrån dessa material gjordes en sållningsmatris (Tabell 6) med en rad viktigt egenskaper både ur tillverkningssynpunkt och användarvänlighetssynpunkt.

Tabell 6: Sållningsmatris över lämpligaste material till sandwichkonstruktion över tabell är kärnmaterial och undre tabell ytterlaminat

Egenskaper (Övre tabell kärnmaterial) Kärnmaterial Vikt Tillverknings-

barhet Miljö Korrosions-

egenskaper Tillgänglighet Pris Hållfasthets egenskaper

Viktsfaktor 0,2 0,17 0,06 0,15 0,25 0,06 0,11 Total

Divinycell 3 3 2 2 3 3 1

0,6 0,51 0,12 0,3 0,75 0,18 0,11 2,57

Polyuretan

skum 3 2 2 3 2 2 1

0,6 0,34 0,12 0,45 0,5 0,12 0,11 2,24

Egenskaper (Undre tabell ytterlaminat) Ytterlaminat Vikt Tillverknings-

barhet Miljö Korrosions- egenskaper

Tillgäng

lighet Pris Hållfasthets egenskaper

Viktsfaktor 0,2 0,17 0,06 0,15 0,25 0,06 0,11 Total

Kolfiberarmerad

epoxi 3 2 2 3 2 1 3

0,6 0,34 0,12 0,45 0,5 0,06 0,33 2,4

Glasfiberarmerad

polyester 3 3 2 3 3 3 3

0,6 0,51 0,12 0,45 0,75 0,18 0,33 2,94

Utifrån (Tabell 6) kunde sedan ett rad antal möjliga kombinationer finnas för en möjlig

sandwichkonstruktion se (Tabell 7)

Tabell 7: Rangordning: kombinationer av sandwichkonstruktion

Möjliga kombinationer Rangordning

Kolfiberarmerad epoxi + Polyuretan skum 4 Glasfiberarmeradpolyester + Polyuretan skum 2 Kolfiberarmerad epoxi + Divinycell 3 Glasfiberarmeradpolyester + Divinycell 1

Valet av sandwichkonstruktion utifrån (Tabell 6 och 7) föll på glasfiberarmerad divinycell

3.2.5 Materialinformation

Glasfiberarmerad divinycell är en komposit i form av en sandwichkonstruktion (Figur 7). Den består av ett lätt kärnmaterial (divinycell) och ett ytterlaminat (glasfiber) med högre mekaniska egenskaper som skapar ett solidmaterial som har hög styvhet och hållfasthet utan att öka vikten.

Figur 7: Sandwichkonstruktionens uppbyggnad. Denna typ av lösning används idag i stor utsträckning inom båttillverkningen.

Fördelar med att använda divinycell som kärnmaterial

 Goda mekaniska egenskaper

 Okänsligt mot vatten och fukt

 Går att böja med värme (för runda former)

 Relativ låg vikt: divinycell H60 (60 kg/m

)

 Lättillgänglig (finns hos lokala tillverkare)

20 Fördelar med glasfiberarmeradpolyester som ytterlaminat

 Vikt 450 (gram/m

 Lågt pris

 Enkelt att tillverka

 Finns i många former/utförande

 Relativt hög draghållfasthet

 Lättillgänglig (finns hos lokala tillverkare)

3.2.6 Tillverkning av en sandwichkonstruktion

Vid tillverkningen av en sandwichkonstruktion av glasfiberarmeradpolyester med divinycell som kärna så finns en rad möjliga tillverkningsmetoder;

 Formning/Gjutning

 Värmehärdning

 Bagging

 Pre-preg

 Sprutning

 Handläggning

Efter konsultering med Hedqvist

så kom vi fram till att formning är den lämpligaste metoden. Det finns två typer av formar, positiva och negativa. Vilken typ av form man väljer beror på om man vill ha en fin ytfinhet på utsidan eller insidan av den slutgiltiga produkten. För en fin ytfinhet på utsidan, vilket man vill ha på hytten, så väljs en negativ form (Figur 8).

Figur 8: Negativ form

3 Båtbyggare Peter Hedqvist 30 mars 2012 Hammarö Sverige

Först byggs en plugg, som är originalet, sedan blir den färdiga produkten pluggens kopia. Man tillverkar den negativa formen efter pluggen och sedan används den formen för att bygga upp sandwichkonstruktionen. Sandwichkonstruktionen börjar med att man applicerar glasfiberväven på formen och sedan läggs divinycell skivorna på glasfiberväven och därefter appliceras ytterligare ett lager glasfiber för att binda ihop sandwichkonstruktionen till ett stabilt material.

3.3 Materialval och utformning av båge

Detta materialval/utformning är för bågen som ska fungera som en stabilgrund för hela svävaren.

3.3.1 Problemformulering

Funktion: Ett lätt material med hög hållfasthet som ska fungera som båge till hytten Mål: Minimera vikt

Restriktioner: Ska tåla UV-ljus, lätta baser/syror, vatten, värme/kyla (60+, -40 C). Ska ha en viss styvhet, goda hållfasthetsegenskaper, minsta tillåtna sträckgräns är 90 MPA (se beräkningar bilaga 2), Enkel att forma. God svetsbarhet

Målfunktion: m=B*L*T*densitet Fria variabler: Tjocklek (T), material

Figur 9: standard utformning på bågen

22 3.3.2 Meritvärde

Styvhet

Hållfasthet

3.3.3 Sållning av material i CES-Edu pack

Utifrån meritvärdena M

och M

så bestäms kopplingskonstanten C. Utifrån dessa värden och

restriktioner hittas lämpliga material med hjälp av CES-Edupack (Michael F. Ashby, 2011)(figur 10)

3.3.4 Rangordning

Figur 10: Material som CES-Edupack rekommenderande. De bästa materialen finns inom det röda området.

De bästa material som CES-Edu pack rekommenderade är;

 Aluminium 6082

 Stål S355J2

Aluminium 6082: Egenskaper

 Densitet: 2700 Kg/m

 E-modul: 72 GPa

 Stäckgräns: 265 MPa

Stål S355J2 egenskaper

 Densitet: 7850 Kg/m

 E-modul: 210 GPa

 Sträckgräns: 325 MPa

24 Tabell 8: Sållningsmatris över valda material

Egenskaper

Material Vikt

Tillverknings-

barhet Miljö Korrosions- egenskaper

Tillgänglighe

t Pris Hållfasthets-

egenskaper

Viktsfaktor 0,2 0,17 0,06 0,15 0,18 0,06 0,18 Total

Aluminium 3 3 2 3 3 2 2

0,6 0,51 0,12 0,45 0,54 0,12 0,36 2,7

Stål

1 1 2 2 3 3 3

0,2 0,17 0,12 0,3 0,54 0,18 0,54 2,05

Efter att ha viktat material mot varandra så föll valet på aluminium vilken kan ses i sållningsmaterisen ovan (Tabell 8).

3.3.5 Materialinformation

Aluminium 6082 valdes som material utifrån de sållningsmateriser som utfördes (Tabell 7).

Aluminiums viktigaste egenskaper är följande;

 Låg vikt

 Hög hållfasthet

 Lätt att bearbeta

 Väldigt höga korrosionsegenskaper

 Enkelt att fräsa, borra, saga, böja, svetsa

Det slutgiltiga valet blev aluminium 6082, som idag används som för ramtillverkning inom diverse

olika användningsområden enligt (Michael F. Ashby, 2011) Utifrån detta materialval kunde

utformningen av bågen nu påbörjas.

3.3.6 Tillverkning

En lämplig tillverkningsmetod för komponenter av Al-legeringar är strängpressning. Vid strängpressning så pressas aluminium legering genom en profilgivande öppning (matris). Det är en relativt billigt investering då ett verktyg(matris) kostar mellan 8,000 – 50,000 kr. En stor leverantör av strängpressade aluminiumprofiler idag är det svenska företaget SAPA(SAPA Group 2012).

3.3.7 Utformning av båge

Konceptgenereringen gav två olika lösningar;

 Koncept 1: En tunnväggig kvadratisk profil där gångjärnen monteras på bågen och infästningsmöjligheter för utrustning monteras på bågen (Figur 11).

 Koncept 2: En tunnväggig profil som har gångjärn och infästningsmöjligheter integrerade i profilen (Figur 12).

Figur 11: Illustration över koncept 1

Figur 12: Illustration över koncept 2

26

Tabell 9: Pughs relativa beslutsmatris för att bestämma vilket koncept som skulle gå vidare för utveckling

Egenskap Koncept

1

Koncept 2

Vikt

Tillverkningsbar

Fungerande gångjärn

Bärande

Montering av utrustning

Estetisk tilltalande

Summa +

Summa 0

Summa -

Nettovärde

Rangordning 2 1

Valt koncept blev efter att ha genomfört en Pughs relativa beslutsmatris(Tabell 9), koncept 2.

Utifrån dessa kriterier så kontrollerades de standarder som finns på markanaden idag. Utifrån SAPA konstruktörshandbok för utformning av aluminiumprofiler (SAPA Group 2012), så gjordes skisser på hur en möjlig utformning skulle kunna se ut.

Några allmänna konstruktionsråd ur konstuktröshandboken är;

 Godstjocklek bestäms av hållbarhetskraven och hur kostnadseffektiv profilen ska vara. En profil med jämnt gods är lättare att tillverka.

 Ur tillverkning synpunkt ska profilen utformas efter dessa kriterier

 Enkla mjuka former, med radier i hörnen

 Jämn godsvariation

 Symmetrisk

Uppfylls dessa kriterier så är profilen relativt lätt och billig att tillverka.

3.3.8 Fas ett: val av dimensioner

För att hitta lämpliga mått och tjocklek på godset och för att ge ett gediget intryck valdes dimensionerna 100x50 mm (Figur 13). Måtten valdes utifrån de kunskaper och erfarenheter som införskaffats under åren som student på Karlstad universitet.

Figur 13: Valda mått ursprungstvärsnitt.

För valet av godstjocklek så utnyttjades en lathund som SAPA har i konstruktörhandboken (SAPA Group, 2012) (Figur 14).

Egenskaper som påverkar val av godstjockleken är;

 Presskraften

 Pressningshastigheten

 Vald legering

 Profilens utformning

 Yt- och toleranskraven

28

Figur 14: Lathund för val av godstjocklek, bilden används med godkännande av Sapa.

För att klara av de påfrestningarna (ansattes vid 2.8 Beräkningar för bågen) och storleken på ramen så valdes den initiala godstjockleken till 2 mm, men med en säkerhetsfaktor på 1.5 så blev det slutgiltiga valet av tjockleken 3 mm.

Tabell 10: Val av godstjocklek

Omkrets Legering Säkerhetsfaktor Tjocklek lathund Slutgiltig tjocklek

100 mm 6082 1.5 2 mm 3 mm

3.3.9 Fas två: Utformning

Konstruktörshandboken säger att profilen inte ska innehålla några skarpa hörn, utan alltid ha en lite

radie, där 0,5-1 mm räcker som en radie. Utifrån det ursprungliga tvärsnittet så såg nu profilen ut på

följande sätt (Figur 15).

Figur 15: Tvärsnitt av profil med radie 0.5 mm

Infästningsmöjligheter för utrustning:

För att kunna fästa utrustning på ramen så används konstruktörshandboken återigen för att se på befintliga lösningar som kan användas i ramen. En möjlig lösning på problemet är då att ha en skena i profilen som fungerar som en skruvhållare, (Figur 16).

Figur 16: Infästningsmöjligheter för utrustning

30 3.3.10 Integrerad infästning av hytt

För att kunna integrera infästningen i profilen så kollades på befintliga lösningar som fanns i konstruktörshandboken och då hittades tre koncept som verkade lovande och valet gjordes sedan att integrera dem i en profil.

Koncept 1

Figur 17: Koncept 1 är ett koncept som använder sig av en halvformad kula som går att ta ur profilen vid en viss vinkel

Koncept ett fungerar genom att det finns en vinkel på infästningspunkten (röda delen), så kan man genom att höja upp hytten till en vis vinkel ta ur hytten ur ramen se (Figur 17)

Figur 18: Här ser du hur man vid en viss vinkel kan dra ut hytten.

I (Figur 18) så kan du se hur man ska dra ut hytten i en viss vinkel.

Koncept 2

Figur 19: Koncept 2 fungerar så att man trär in hytten ifrån sidan och sedan låser den på plats med hjälp av en skruv.

Det andra konceptet liknar det första men i detta fall så måste man föra in hytten ifrån sidan istället för att kunna vinklar ur det. För att låsa hytten på plats så använder man sig av skruv och en bricka så att man låser fast hytten i sidled.

Koncept 3

Figur 20: Koncept 3 använder en annan typ av gångjärnslösning som klara av en betydligt större

vinkel än de två tidigare koncepten. Detta koncept, precis som koncept 2, träs in ifrån sidan.

32

Det tredje och sista konceptet är ett koncept som satsar på större vinkel och, som i koncept två, så för man in hytten ifrån sidan i en liten vinkel. För att låsa fast hytten i sidled så konstrueras stopp i vardera änden som håller den låst i sidled (Figur 21).

Figur 21: Lås i sidled med skruvhål. Den gröna delen är låset

3.3.11 Val av koncept

Tabell 11: För och nackdelar med de tre koncepten

Fördelar Nackdelar

Koncept 1 Enkel tillverkning

Samma typsnitt på profilen längs hela ramen

Svår att monetera

Svårt att anpassa till hytt Liten vinkel

Koncept 2 Lätt att montera Bra lås i sidled

Olika typsnitt på profilen längs ramen Svårt att anpassa till hytt

Liten vinkel

Koncept 3 Lätt att montera

Lätt att anpassa till hytt Störst möjliga vinkel

Olika typsnitt på profilen längs ramen

Lite svårare låsning i sidled

Tabell 12: Elimineringsmatris för att välja koncept

Kommentar Beslut 1 + + - + + - Se tabell 8 - 2 + + - + + - Se tabell 8 - 3 + + + + + + Se tabell 8 +

En analys gjordes utifrån en elimineringsmatris och med konsultering från SAPA

så ansågs koncept 3 vara det alternativ som vore bäst lämpat för jobbet. Därför föll valet på koncept 3.

3.3.12 CAD av valt koncept

När konceptet var valt så kunde fokus läggas på CAD av bågen. Eftersom Sapa ville ha en CAD fil på den slutgiltiga profilen för att se om den går att tillverka så börjades arbetet med att slutföra CAD.

När väl CAD var klar så skickades den till Sapa för godkännande. Tillverkningsritningar på profilen finns i (bilaga 3)

3.3.13 Slutresultat

Slutresultatet är en båge uppdela i två tvärsnitt(se figur 22) som sedan svettsas ihop till en enhet. För mer bilder på den slutgiltiga profilen finns i (bilaga 4)

34

Figur 22: Den slutgiltiga utformningen på bågen. Till vänster: bågen i sin helhet. Till höger: Den färdiga profilen.

3.3.14 Resultat av beräkningar på bågen

De fullständiga beräkningarna finns i (bilaga 1 resp. bilaga 2). Dessa beräkningar har gjorts enbart på bågen, exkluderat ram och sandwichkonstruktionen. Kraften kommer att fördelas på en större area i verkligheten, vilket resulterar i att krafterna som påverkar ramen kommer vara mindre än vad som används under beräkningar/FEM. För beräkningar/FEM användes en E-modul på 70 GPa som Inhämtas ifrån programmet CES-Edu pack (Michael F. Ashby, 2011). Resultat (Tabell 13 resp. 14).

Tabell 13: Resultat av Handberäkningar

Max spänning (MPa) Nedböjning (mm)

Krafter Uppifrån (2000N) 27,43 4.64

Krafter Sidan (1000 N) 39,17 3,53

Krafter framifrån (2000 N) 31,31 3,39

Tabell 14: Resultat av FEM beräkningar

Max spänning(MPa) Nedböjning (mm)

Krafter Uppifrån (2000N) 20,38(+-8 %) 1,047(+-8 %)

Krafter Sidan (1000 N) 37,24(+-8 %) 1,039(+-8 %)

Krafter framifrån (2000 N) 32,50(+-8 %) 1,10(+-8 %)

3.4 Ramverk

För att stabilisera hela hytten utformades ett ramverk (Figur 23 resp. Figur 24) efter den design som blivit godkänd av uppdragsgivaren. Detta gjordes genom att använda standardprofiler av aluminium, vilka hittas hos en vanlig återförsäljare för aluminium t.ex.(Alumeco, 2012)

Standarprofiler som används i ramverket är;

 Aluminium Kvadratiskt rör: 50x50x3 mm

 Aluminium U-profil:25x25x25x2 mm

 Aluminium T-profil: 50x50x3 mm

Figur 23: Ramverket på den främre delen av hytten med T-profil och kvadratiskt rör.

I den främre ramen som består av T profil och kvadratiskt rör. T profilen valdes för att kunna fästa

sandwichkonstruktionen på. Det kvadratiska röret valdes för att kunna montera den

standardframrutan som valts.

36

Figur 24: Den bakre delen av ramen utformad av T-profil och en U-profil.

I den bakre delen av ramen så kommer sandwichkonstruktionen att fästas i T-profilen och sedan ligga i U-profilen för att skydda sandwichkonstruktionen emot stötar som kan uppstå vid stängning.

Detta kommer ge hytten en stabil känsla och kunna ta upp de krafter som hytten påverkas av.

3.4.1 Resultat FEM av ram

För FEM av ramen och de bärande väg och takkonstruktion se (Bilaga 2). FEM-resultat är baserade på en förenklad modell av fram och bakdel av hytten, bågen exkluderad. Den förenklade modellerna består av den stabiliserande ramen och sandwichkonstruktionen. För FEM beräkningar användes E- modul för aluminium 70 GPa som Inhämtas ifrån programmet CES-Edu pack (Michael F. Ashby, 2011) och en E modul för sandwichkonstruktioner på 7.8 GPa(Bilaga1). Resultat (Tabell 15 resp.

16).

Tabell 15: Resultat av FEM beräkningar främre delen

Nedböjning (mm)

Krafter uppifrån (2000 N) 0,74 Krafter sidan (1000 N) 0,46 Krafter framifrån (1300 N) 0,73

Tabell 16: Resultat av FEM beräkningar bakre delen

Nedböjning (mm)

Krafter uppifrån (2000 N) 0,78

Krafter sidan (1000 N) 0,68

Krafter bakifrån (1300 N) 3.2

3.5 Infästning

Infästning av fönster, båge och gasdämpare till de öppningsbara delarna 3.5.1 Infästning av fönster

För att kunna fästa rutorna i hytten så måste man förstärka sandwichkonstruktionen längs kanten på det upptagna hålet i hytten. Sedan används en standardrutlist för montering av fönstret (Figur 25).

Figur 25: Längs den streckande linjen måste en förstärkning göras av den glasfiberarmerade divinycellen. Längs den röda linjen kommer även rutlisten att monteras för infästning av rutorna.

Den typ av list som ska användas vid monteringen av fönstren är en standardvara och det är en så

kallad spränglist (Figur 26) som finns hos diverse återsäljare och är relativt lätt att få tag på

(Byggplast båtprylar. 2012).

38

Figur 26: Utformning på en standard spränglist. Det nedre 10 mm måttet är det som ska fästas längs kanten.

Hur utformningen på sandwichkonstruktionen ska se ut längs fönsterkanten ses i (Figur 27).

Figur 27: Utformning på kanten längs alla uttagningar för fönster. Det röda streckade området är divinycell, det vita området är glasfiber. Det gula området är material som ska tas bort.

Vid tillverkning av hytten så ska divinycellen sluta 15 mm innan kanten på fönstret startar,

resterande ska byggas upp med hjälp av glasfiberarmeradpolyester. Sedan ska man med hjälp av en

överhandsfräs ta bort det gula området för att smalna av kanten så att man kan fästa spränglisten och

sedan montera rutan (Figur 27).

3.5.2 Placering och val av gasfjädrar

Gasdämparna funktion är att få en stabil och lätt öppningsfunktion, hjälper till när hytten öppnas och motverkar gravitationen när den stängs så inte hytten skadas vid stängning. Utifrån de kriterierna som ansattes (2.7 Val av gasdämpare) så hittades ett svensk företag, (Valeryd AB, 2012), vars sortiment har gasfjädrar som uppfyller alla krav som sattes på fjädrarna. Utifrån de krafter som påverkar hytten så valdes följande gasfjäder, (Figur 28), (Tabell 17).

Tabell 17: Gasdämparens egenskaper

Längd (L) (300 mm utdragen) (210 mm ihop tryckt)

Tryck 500 N

Diameter (D) 14 mm (M10)

Figur 28: Gasfjäder

Placering av gasfjädrar se (figur 29). För mer detaljerad info om placering av gasfjädrar se (Bilaga 5)

Figur 29: Fäst anordning av gasfjädrar monteras på bågen respektive T profilen. Två gasfjädrar

placeras fram och två bak. Totalt fyra stycken.

40 3.5.3 Placering av fästen till båge

För infästning av bågen på den befintliga svävaren behövdes några fästen tillverkas. Svävaren idag innehåller idag fyra fästen som används som lyftöglor, genom att studera dessa så desginades ett fäste. Genom att använda en 6 mm tjock aluminiumplåt som den befintliga lyftöglan använder sig av konstruerades följande fäste (se figur 30)

Figur 30: Till vänster ursprungs desingen på fästet. Till höger: Fästet sitter på plats på svävaren med bågen placerad på fästet. Den gula delen är fästet, den gröna delen är bågen.

I (figur 31) placeringen av bågen på svävaren 380 TD.

Figur 31: Placering av bågen på svävaren. 3145 mm från främre kant av svävaren till fästets kant.

3.5.4 Val och placering av tätningslister

Det finns i princip oändligt stor variation av standard tätningslister på markanden. En möjlig leverantör är (Plastex), de har ett gediget sortiment med tätningslister för båtar, det går även att specialbeställda tätningslister efter eget behov. För placering av tätningslister se (Bilaga 5)

3.5.5 Val av höjd på bågen

Eftersom valet av sitthöjd inte kunde väljas på grund av uteblivna mått så finns ett mått som är variabelt i ritningen (1002) i (Bilaga 4), det är måttet 711,94 mm som är variabelt och ändras beroende på sitthöjden.

3.6 Totalvikt för svävaren

Utifrån CAD kunde totalvikten på hytten beräknas. Genom att kolla på den totala volymen för respektive del och densiteten på materialet så kunde sedan den totala vikten bestämmas (Tabell 18).

Vikten på framrutan är en uppskattning från tillverkaren, och vikten på takluckan inhämtades från leverantören. Från leverantören av aluminium profilerna (Alumeco, 2012) kunde vikten på standardprofilerna inhämtas.

Tabell 18: Den totala vikten på hytten.

Vikt (Kg/m) Längd (m) Totalvikt (Kg)

T-Profil 0,79 6,2 4,898

U-Profil 0,59 4,5 2,655

Kvadratiskt rör 1,54 5,9 9,086

Vikt (Kg/m^3) Volym (m^3)

Båge 2670 3,08E-03 8,22

Ram framdel 11,5

Ram bakdel 5,10

Plexiglas 1190 6,86E-03 8,16

Framruta 35

Fästen till bågen 2,67E+03 4,80E-04 1,2816

Taklucka 6,5

Sandwichkonstruktion 6,00E+01 0,136 8,16

Summa 84

42

4 Diskussion

Arbetsgången genom projektet har varit relativt bra. Genom att applicera produktutvecklingsprocessen enligt (Johanneson et al., 2004) så har det gått att genomföra de flesta val metodiskt och systematiskt. Valet av metoder har fungerat väldigt bra igenom hela projektet. De har gett de resultat som önskades av varje enskild metod. Samtidigt så har en diskussion förts med uppdragsgivaren genom hela projektet för att tillsammans bestämma vilken riktning projektet ska ta och vilka beslut som ska fattas. Samarbetet med uppdragsgivaren har fungerat bra, dock har inte alla möjliga lösningar utvärderats då stor hänsyn är taget till uppdragsgivarens önskemål. På grund av att Hovercraft solutions inte har köpt in svävaren Griffon 380TD ännu, så har det inte funnits möjlighet att studera svävaren i verkligheten. De ritningar som tillhandahölls av Hovercraft solutions saknar viktiga mått som försvårat arbetet. Tillverkaren av svävaren har kontaktats för att få de måtten som behövdes men utan resultat. De resultat som påverkas av dessa mått är, höjden på hytten och utformningen av framdelen, som i sin tur leder till ofullständiga tillverkningsritningar.

Det svåraste med projektet är att man inte haft tillgång till svävaren, eftersom det är svårt att visualisera en sådan stor konstruktion. Utifrån de förutsättningarna som funnits så är resultatet av projektet bra. Alla de krav som ansattes i början har uppnåtts och även om vikten är lite högre än förväntat är den fortfarande inom rimliga gränser. De materialval som gjorts har utgått från att det ska vara relativt billigt och lättillgänglig material för uppdragsgivaren, men samtidigt uppfylla de krav som finns på respektive del av hytten. Aluminiumbågen är en grund för hytten, som fungerar inte bara som en bärande grund utan också som ett gångjärn och infästningspunkt för utrustning.

Sandwichkonstruktionen av glasfiberarmeradpolyester/divinycell är ett lättviktigt material som

används för att bygga upp tak och väggdelarna på hytten. Den ger en god isolering för användning av

svävaren på vintern. Det är även ett material som uppdragsgivaren är bekant med och är

lättillgängligt. Att valet föll just på en sandwichkonstruktion kändes relativt given på grund av sin

vikt/hållfasthets kvot. Dock valet av glasfiberarmeradpolyester som ytterlaminat och divinycell som

kärna för sandwichkonstruktionen är mindre givet. Detta beror till största del på att uppdragsgivaren

föredrog denna kombination som är lokalt tillgänglig. Dock finns det kombinatoner som är starkare

men dyrare och mer svårtillgängliga. Ramen som fungerar som infästningspunkt för tak och väggar

och framrutan är uppbyggd av standardprofiler i aluminium vilket gör att den är lättillgänglig. Valet

av aluminium som material för ramen och bågen föll relativt naturligt eftersom det används i stor utsträckning i liknade konstruktioner och är starkt i förhållande till sin vikt. Överlag är de flesta ingående delar lätta att få tag på vilket gör att tillverkningen av hytten förenklas. Den enda som behövs specialbeställas är bågen. Men eftersom själva bågen i sig uppfyller två av de krav som uppdragsgivaren gav så anses det vara en bra investering. Verktyget för att tillverka bågen är en engångs summa som är relativt låg om nu uppdragsgivaren väljer att gå vidare med projektet.

Verktyget för tillverkning av tak och väggdelar till hytten är special konstruerad och är relativt dyr

att tillverka. De ingående delarna till hytten är enbart från svenska leverantörer vilket öppnar

möjligheten för samarbetspartner om hytten skulle introduceras på markanden för försäljning.

44

5 Slutsatser

Utifrån de målsätningar och syfte som ansattes i början av projektet, så har den nuvarande konstruktionen uppnått de mål och krav som finns på hytten se (tabell 19 och 20).

Tabell 19: Krav från uppdragsgivare

Krav nr Specifikation Avklarat

1 En lättviktig konstruktion (ca 80 kg) Ja

2 Maximera sikten inifrån hytten Ja

3 Imfri framruta, Värmefunktion Ja

5 Fäste för elektronik på tak Ja

6 Öppningsfunktion både fram och bak Ja

Tabell 20: Hållfasthetskrav

Hållfasthet Vindlast Snölast Egenvikt Vikt (utrustning)

Bågen Godkänd Godkänd Godkänd Godkänd

Ram och sandwichkonstruktion Godkänd Godkänd Godkänd Godkänd

Eftersom det saknades mått så kunde inte hela hytten konstrueras. De utblivna måtten på den främre

delen av svävaren gjorde att mått- och tillverkningsritningar på den främre ramen inte kunde

fastställas. Men det är väldigt lätt ordnat när man väl får de mått som behövs. Det är absolut en stabil

grund att stå på om nu uppdragsgivaren vill fullfölja detta projekt och konstruera en hytt. Det är bara

små detaljer kvar som måste lösas och det ses inte som några större problem att lösa på ett enkelt

och lätt sätt

6 Tackord

Tack till;

Martin Gustavsson Anders Wickberg

Markus Norström på Hovercraft solutions Peter Hedqvist

Ted Tobiasson SAPA Group

46

Referenslista

Böcker

Johannesson, H. Persson, Jan-Gunnar. Pettersson, Dennis (2004). Produkt utveckling – effektiva metoder för konstruktion och Design. Liber AB.

Ashby, Michael F (2011) Materials Selection in Mechanical Design (4th Edition) F. Elsevier

Lundh, H. (2008). Grundläggande hållfasthetslära. Stockholm: Instans Book AB

Meriam, J.L. Kraig, L.G. (2008). Engineering Mechanics statics Sixth edition. Virginia: Polytechnic Institute

STBK-K2 1983. Knäckning, vippning och buckling. Stockholm. STATENS STÅBYGGNADSKOMITÈ

Datorprogram

Michael F. Ashby (1994) 7.0 CES Edupack (Version 7.00) [Datorprogram] Granta Design Limited, Cambridge.

Sam Geisberg (1985) Pro Engineer Wildfire (Version Wildfire 5.0) [Datorprogram] Parametric Technology Corporation, Needham

Elektroniska dokument

SAPA Group (2012). Konstruktörshandboken(Hämtad från) http://handboken.sapagroup.com

[Hämtad 20012–05-01]. Vetlanda: SAPA Group

Leverantörers Hemsidor

Alumeco (2012). Aluminiumprofil leverantör(Hämtad från)http://www.alumeco.se/ [Hämtad 2012- 05-12]

Byggplast båtprylar (2012) Leverantör av spränglister(Hämtad från) http://www.byggplast- batprylar.se/ [Hämtad 2012-04-22]

Valeryd AB (2012) Leverantör av gasdämpare(Hämtad från) http://www.valeryd.se/ [Hämtad 2012- 05-06]

Plastex(2012) Leverantör av tätningslister(Hämtad från)http://www.plastex.se/ [Hämtad 2012-05- 19]

Diagroup (2012)Leverantör av Divinycell(Hämtad från)http://www.diabgroup.com/[Hämtad 2012- 05-19]

Rapporter

Norby, M.(2001) Förband i sandwichstrukturer. Department of Aeronautical and Vehicle Engineering Division of Lightweight Structures Royal Institute of Technology (KTH). Stockholm, Sweden.

Gustavsson, M.(2012) Svävare: Utformning av hytt. Fakulteten för teknik- och naturvetenskap

Karlstad Universitet. Karlstad Sverige

B 1.1

Bilaga 1: Beräkningar

Tvärkrafter

Figur 1: uppställning av tvärkrafter

Figur 2: friläggning av tvärkrafter

Del AB

Del BC

Del CD

Ekvation 1

Ekvation 2

Ekvation (1) i (2)

B1.3 Ekvation (3) i (1)

Moment kring A och B

Max moment vid M

M

109,68 Z = 0.05 I= 1.4e-7

= 39.17 MPA

Förklaringar M = Moment

L = Längd (0,8 meter) l = Längd (1,8 meter) E = E-modul

I = yttröghetsmoment Q = Kraft (N)

Z = minsta avstånd från neutrallager

= spänning

B1.5 Krafter uppifrån

Vid beräkning av knäckning så gäller följande samband om slankhetstalet λ < 10 så behövs inga beräkningar på knäckning

Slankhets tal

L

vid Eulers fall 3 = 0,7*L L = längd på balk = 0.8 m

I = Yttröghetsmoment = 46,7*10^-6 A = Area = 11,3*10^-4

I detta fall så behövs en beräkningar på knäckning göras

Moment med krafter uppifrån Del AB

Del BC

Sätt in EKV. (1) i (2)

Jämnvikt ger

Största moment vid M

B1.7 Utböjning

Figur 3: Lastfall för utböjning (Lundh, H 2008)

Q = 2000 N = 1.8 m I = 4,67e

m

E = 70 GPa

Resultat 4,64 mm

Beräkning av sträckgräns

Största moment vid M

ger följande sträckgräns

M

512,5 Z = 25e-3 I= 4,67e-7

= 27,43 MPa

Krafter framifrån när hytt är öppen

Figur 4: Elementarfall av utböjning (Lundh, H 2008)

Utböjningen

P = 650N L = 0,8 m E = 70 GPa I = 4.67e-7

Figur 5: Elementarfall (Lundh, H 2008)

Enligt kända elementarfall så är M

= QL/8 Q = 1300

L = 1,8 m

M

= 292,5 Z = 50e-3 I= 4,67e-7

= 31,31 MPa

B1.9 Beräkningar på böjstyvheten i hytten

En av de viktigaste egenskaperna hos en sandwichpanel är dess böjstyvhet i förhållande till vikten.

Kärnmaterialet är den tjocka delen som är betydligt vekare än ytskiktet vilket också är betydligt tunnare men relativt styvt. Böjstyvheten hos en sandwichpanel beror delvis på materialegenskaper men också den geometriska uppbyggnaden. För att göra en approximativ beräkning av böjstyvheten runt en axel i panel så används följande beskrivning se (figur 3). (Norby 2001)

Figur 3: Sandwichpanel bild tagen från (Norby 2001)

Det är relativt komplext att räkna ut böj styvheten på en sandwichpanel, så några antaganden måste göras för att en beräkning ska kunna utföras;

 Väldigt liten tvärkontraktion

 Materialen är isotropa

 Jämnt ytskikt

 Bredden konstant Definition av böjstyvhet EI

(1)

Utifrån ekvation kan nedböjningen beräknas och det är samma sak som stabilitet i hytten.

Figur 4: Lastfall

Tabell 1: Materialdata

Material E-modul MPA Tjocklek

Polyester (Glass Fiber, Preformed, Chopped Glass)

9700–17200 medel = 13450

25 mm

Divniycell H 100 95 15 mm

*Data för materialen insamlad ifrån Divinycells tillverkar (Diagroup) och (Michael F. Ashby, 2011)

Utifrån lastfallet i (Figur 2) så ges följande ekvation

= 7,72 mm

Den totala nedböjningen blir då 7.72 mm vilket anses vara en godkänd nedböjning. Utifrån dessa

värden kan nu FEM-beräkningar utföras utifrån den hytten med riktiga mått.

B1.11 Beräkning av E-modul för sandwichpanel

EI = EI

I

= BD

E

= 12EI/BD

Utifrån definition av böjstyvhet EI (1) EI = 4168,38 Nm

E

= 7,8 GPa

Förklaring:

= nedböjning P = Last 500N L = 1, 5 m B

= 48 B = 0.8 m D = 20 mm t

= 15 mm EF = 13,45 GPa EC = 0,095 GPA B

= 4

G

= 0,035 GPa

Bilaga 2: FEM resultat

Figur 1: Båge: FEM av spänning med pålagd last av 1300 N framifrån, som representerar av vindlast. Resultat max spänning 32,50 MPa.

Figur 2: Båge: Fem av utböjning med pålagd last av 1300 N framifrån som representeras av

vindlast. Resultat max utböjning 1,10 mm.

B 2.2

Figur 3: Båge: FEM av spänning med pålagd last av 2000 N uppifrån, som representerar av snölast, egenvikt och utrustning. Resultat max spänning 20,38 MPa.

Figur 4: Båge: FEM av nedböjning med pålagd last av 2000 N uppifrån, som representerar av

snölast, egenvikt och utrustning Resultat max utböjning 1,05 mm.

Figur 5: Båge: Fem av spänning med pålagd last av 1000 N från sidan som representeras av vindlast. Resultat max spänning 37,24 MPa.

Figur 6: Båge: Beräkning av utböjning med pålagd last av 1000 N från sidan som representeras av

vindlast. Resultat max utböjning 1,04 mm.

B 2.4

Figur 7: Komplett hytt: FEM av utböjningen med pålagd last av 1300 N framifrån, som representerar av vindlast. Resultat max utböjning 0.73 mm.

Figur 8: Komplett hytt: FEM av utböjningen med pålagd last av 1000 N från sidan, som

representerar av vindlast. Resultat max utböjning 0,46 mm.

Figur 9: Komplett hytt: FEM av nedböjning med pålagd last av 2000 N uppifrån, som representerar av snölast, egenvikt och utrustning. Resultat max utböjning 0,74 mm.

Figur 10: Komplett hytt: FEM av nedböjning med pålagd last av 2000 N uppifrån, som

representerar av snölast, egenvikt och utrustning. Resultat max utböjning 0,78 mm.

B 2.6

Figur 11: Komplett hytt: FEM av nedböjningen med pålagd last av 1300 N bakifrån, som representerar av vindlast. Resultat max utböjning 3.2mm.

Figur 12: Komplett hytt: FEM av spänning med pålagd last av 1000 N ifrån sidan, som

representerar av vindlast. Resultat max utböjning 1.58mm. Dock ett missvisande resultat eftersom

det är på en icke bärande del. Den bärande delen ger ett resultat på max utböjning 0.68 mm.

Bilaga 3: Bilder på bågen

Figur 1: Till vänster, undre delen av profilen. Till höge, utformningen på stoppet som ska se till att inte hytten rör sig i sidled

Figur 2: Den delen som ska fungera som ett gångjärn i själva profilen.

Bilaga 4: Tillverkningsritningar

B 5.1

Bilaga 5: Placering av tätningslister/gasfjäder

Figur 1: Placering av tätningslister fram följer den röda markeringen. Längs hela bågen och längs hela ramen längs hytte.

Figur 2: Placering av tätningslister bak följer den röda markeringen. Längs hela bågen, längas hela

ram/hytten på undersidan

Figur 3: Beräkning för placering av gasdämpare. Genom att utgå från en cirkel med diametern 600

kunde sedan placering av infästningar bestämmas.

B 5.3