Hållfasthetsberäkning av stolsinfästning?

Håller på och funderar runt mina nya anpassningar för stolsinfästning. Jag vet att det finns FIA-regler men det är en del som inte täcks. Inför hållfasthetsberäkningen tänkte jag hitta något rimligt dimensionerande lastfall som "man backar in i armco i 100 km/h och stoppas upp på en halvmeter", men dels är jag inte så säker på att jag vill veta svaret och dels är det inte rätt approach.

Man jag ju ett dimensionerande snitt som är skruvarna i själva stolen. I mitt fall med undermonterad stol är det endera dragbrott i skruven eller att skruvskallen stansas genom bricka + gods, med sidomonterad stol är det antagligen skjuvning av skruvarna som blir bestämmande.

Jag måste sätta i extra balkar för att montering ska bli möjlig och då är ju första tanken att dimensionera dessa så starka som möjligt, men jag undrar om det är så klokt egentligen.

Så här resonerar jag. Jag antar att det dimensionerande lastfallet för stolsinfästningen uppstår när man backar fort in i nåt hårt eller blir påkörd bakifrån varvid stolen pressas bakåt. Detta kan ju resultera i mycket stora krafter.

om man dimensionerar infästningen så att genomstansning eller dragbrott i skruvarna inträffar kommer det att resultera i ett sprött brott. Spelar ingen roll vilken av brottmoderna som inträffar, den elastiska energin i ryggstöd mm kommer att räcka för att dra stålet förbi den plastiska fasen och stolen kommer antagligen att lossna helt. Man befinner sig då löst i bilen vilket inte är bra.

Men om jag dimensionerar mina balkar så att de böjs till flytgränsen en bit innan stansning/dragbrott kommer det att finnas en energiabsorberande struktur samt ske en omlagring av krafter vilket iaf ökar sannolikheten kraftigt för att stolen sitter kvar i golvet, men dock flyttar på sig . Att den öht flyttar på sig kan ju medföra att man åker ur selen, men det känns som oddsen för att man fortsätter att hållas på plats (inför en ev. påföljande rullning tex) förbättras åtminstone.

Feltänkt? Något förbisett? Säg också till om det är dåligt förklarat, så försöker jag igen.

Tanken med stolen är att de inte ska gå sönder och och att den skall sitta fast vid en olycka, därför så bör man nog dimensionera fästena därefter, dvs minst lika hållbara. Dvs din första tanke.

om du dimensionerar dem vekare än stolen så tror jag det kommer töjas ut redan av de krafter som uppstår av körning utan olyckor.

johann skrev:

Tanken med stolen är att de inte ska gå sönder och och att den skall sitta fast vid en olycka, därför så bör man nog dimensionera fästena därefter, dvs minst lika hållbara. Dvs din första tanke. om du dimensionerar dem vekare än stolen så tror jag det kommer töjas ut redan av de krafter som uppstår av körning utan olyckor.

Det är inte stolen jag jämför med utan skruvarna som sitter i stolen. Dvs det sitter fyra skuvar under stolen vilka i sin tur fäster stolen i två balkar.

-Skruvarna går av alt stansas genom brickor + balkgods vid en viss last (jag har inte kollat diam och kvalitet än men det har ingen betydelse för principen). Detta innebär att stolen lossnar.

-om däremot balkarna böjs innan har man en större chans att stolen sitter kvar om än något förflyttad.

Pär Hansson skrev:

johann skrev: Tanken med stolen är att de inte ska gå sönder och och att den skall sitta fast vid en olycka, därför så bör man nog dimensionera fästena därefter, dvs minst lika hållbara. Dvs din första tanke. om du dimensionerar dem vekare än stolen så tror jag det kommer töjas ut redan av de krafter som uppstår av körning utan olyckor. Det är inte stolen jag jämför med utan skruvarna som sitter i stolen. Dvs det sitter fyra skuvar under stolen vilka i sin tur fäster stolen i två balkar. -Skruvarna går av alt stansas genom brickor + balkgods vid en viss last (jag har inte kollat diam och kvalitet än men det har ingen betydelse för principen). Detta innebär att stolen lossnar. -om däremot balkarna böjs innan har man en större chans att stolen sitter kvar om än något förflyttad.

Samma sak kvarstår, sträva efter att stolen skall sitta fast så länge som möjligt, systemet (stol, bälte, bur, etc.) är konstruerat utifrån den tanken.

Jag har haft en relaterad fundering. Hur påverkas säkerheten om man även fäster/stöder stolen i ryggen?
Beroende på hur man utformar det kan man antingen hjälpa resten av infästningarna att ta upp krafterna alternativt skicka ett järnrör genom ryggen vid ett snabbt stopp baklänges .

Med min Momo Start som sitter med 4 M8 i botten svajjar det en del i axelhöjd (den gnager på inredningen en del) så för min de skulle det vara intressantatt hålla i den lite med ett fäste mot bågen.

Hur hanteras sånt av reglementen i Sverige? I USA finns det klasser där det tydligen krävs ryggfäste.
Förutom reglementen, är det en vettig idé att fästa stolen så stumt som det kan bli med fästpunkt på ryggen? Man lär känna vad bilen har för sig iaf.

NiklasFalk skrev:

Jag har haft en relaterad fundering. Hur påverkas säkerheten om man även fäster/stöder stolen i ryggen? Beroende på hur man utformar det kan man antingen hjälpa resten av infästningarna att ta upp krafterna alternativt skicka ett järnrör genom ryggen vid ett snabbt stopp baklänges . Med min Momo Start som sitter med 4 M8 i botten svajjar det en del i axelhöjd (den gnager på inredningen en del) så för min de skulle det vara intressantatt hålla i den lite med ett fäste mot bågen. Hur hanteras sånt av reglementen i Sverige? I USA finns det klasser där det tydligen krävs ryggfäste. Förutom reglementen, är det en vettig idé att fästa stolen så stumt som det kan bli med fästpunkt på ryggen? Man lär känna vad bilen har för sig iaf.

Det finns säkerligen fördelar, bl a de du nämner men stolen är inte konstruerad för detta så jag tror det är svårt att lista ut hur det påverkar vid en krasch.

Vad gäller svajandet så är det ofta infästningen nertil eller ev. glidskena som ställer till det. Om det är stabilt där så hjälper nog bara att byta till en stol av bättre kvalite (läs: Recaro).

johann skrev:

..................... Samma sak kvarstår, sträva efter att stolen skall sitta fast så länge som möjligt, systemet (stol, bälte, bur, etc.) är konstruerat utifrån den tanken.

Jomen.... allt det där förstår jag givetvis.

Det är väl då definitionen av "sitta fast" som är lite knivig och lämnar öppet för funderingar.

Hursomhelst så var jag iväg och mekade ett tag och kollade skruvarna, mätte och gjorde en överslagsberäkning. Jag hinner inte gå in på detaljer men de främre skruvarna i själva stolen når sin sträckgräns någonstans mellan kanske 30-60 G inbromsning (baklänges).

Hur är det, överlever man en sån smäll? om inte, så är det ju inte så mycket att fundera vidare på.

...om jag hårddrar och förenklar frågeställningen då:

Vad är bäst: Att stolen lossnar helt eller att den flyttar på sig 5 cm, men fortfarande sitter fast?

*observera att jag är medveten om att man inte gör "helt fel" om man gör en styv och hållfast infästning och att det inte är helt enkelt att beräkna energiupptagning, men jag tycker det är en intressant aspekt*

Pär Hansson skrev:

johann skrev: ..................... Samma sak kvarstår, sträva efter att stolen skall sitta fast så länge som möjligt, systemet (stol, bälte, bur, etc.) är konstruerat utifrån den tanken. Jomen.... allt det där förstår jag givetvis. Det är väl då definitionen av "sitta fast" som är lite knivig och lämnar öppet för funderingar. Hursomhelst så var jag iväg och mekade ett tag och kollade skruvarna, mätte och gjorde en överslagsberäkning. Jag hinner inte gå in på detaljer men de främre skruvarna i själva stolen når sin sträckgräns någonstans mellan kanske 30-60 G inbromsning (baklänges). Hur är det, överlever man en sån smäll? om inte, så är det ju inte så mycket att fundera vidare på.

En sån smäll överlever du nog.

När vi dimensionerar stolsinfästningar i hkp räknar vi med:
16g framåt
8g sida
8g bakåt
20g nedåt
3g uppåt
Säkerhetsfaktor: 1,5 på material, 1,15 på skruv/nitförband med väl definerad hålfast.
I simuleringarna får inget gå till brott men överskriden sträckgräns tillåts.

En kortfattad analys av erfarenheterna är: Det är inte så enkelt att ta sin vikt x16x1,15 och sen slå ut kraften jämt över antalet fästskruvar

FIA-kraven för godkännande finns här:

http://www.fia.com/resources/documents/962705986__8855_1999_Competitio . . . .

Bl a skall stolen klara av min 20 G under 50 ms bakåt och 15 G under 50 ms i sidled.

Lite detaljer efter ett restaurangbesök med familjen och nattning av dottern mm. Detta är bara statik tills man räknar om N till G.

Förutsättningar:

-Delningen mellan det främre och det bakre paret av skruvar i stolen är 270 mm.
-Jag ansätter att bakre ledpunkten ligger i plan med bakre skruvparet.
-Hävarmen är alltså 270 mm för reaktionskrafter från det främre skruvparet. Detta är på säkra sidan (1-1.1).

-Angreppspunkten för reaktionskraften från kroppen mot ryggstödet antas ligga 300-400 mm ovanför planet där alla skruvförband möter infästningen. Torso och huvud tas ju upp direkt, men hur mycket av benen och armarna tas upp, och när kan man fråga sig. Om man räknar med 400 mm är det på säkra sidan (1-1.3).

-Jag räknar med en stor massa med tanke på min egen konstitution. 100 kg ger ca 1000 N = 1 kN vid 1 G acceleration. (0.6 - 1.1)

-Skruvarna är av kvalitet 12.9 vilket ger en sträckgräns om 1080 MPa (=N/mm²).
-Kärndiametern är 6.5 mm vilket ger arean 33 mm². 12.9 kanske ska räknas på ytterdiametern 7 mm, jag minns inte detta (1-1.08).

Beräkningar:

Draghållfastheten hos det främre skruvparet blir då 2 x 33 x 1080 = 71 000 N (F = A x sigma). Jag räknar flytgräns = brottgräns i detta fall eftersom jag antar att det finns tillräckligt med elastisk energi upplagrad i systemet för att snabbt passera flytplatån (som är kort och flack i synnerhet i fallet med kalldraget stål).

71 000 N är alltså vad främre skruvparet klarar. Då översätter vi det till kraft mot ryggstödet genom att sätta upp en momentekvation runt bakre skruvparet. Denna utmynnar i att vi multiplicerar brottkraften med kvoten av hävarmarna. 71 000 x 270/400 = 48 000 N

1000 N är ungefär lika med 1 G för den tunga kroppen vilket ger att de främre skruvarna ska klara 48 G (högre för lättare kropp). Vad gänginsatserna i stolarna klarar är säkert minst enligt FIA. Jag har angett osäkerhetsfaktorer inom parentes ovan och har inte tagit med några säkerhetsmarginaler, men överslaget 30-60 G är nog så nära man kommer om man beaktar felkällorna.

Nåväl, om jag som hobbymekanist skulle dimensionera fästbalkarna med gott samvete (om jag inte blir motbevisad) skulle jag se till att en flytled uppstod vid kanske 60-65 000 N över det främre skruvparet för att undvika ett sprött brott. Jag vill ju inte kastas runt bland hårda saker i kupén och riskera mitt liv efter att ha överlevt en smäll på kanske 50 G bara för att stolen lossnar helt. Jag skulle vidta fler åtgärder för att säkra ett plastiskt beteende också, åtgärder det finns ett urval av. Jag skulle definitivt inte göra en "onödigt" hållfast balk.

*Sen är det det där med styvhet, som är ngt annat än hållfasthet, infästningen bör samtidigt och odiskutabelt vara så så styv som möjligt i det elastiska området bl.a. för att undvika whiplash-liknande fenomen*

Varför inte fråga stolstillverkaren?

johann skrev:

Varför inte fråga stolstillverkaren?

För tredje gången...... Det är inte stolen det är fråga om utan infästningen.

Dessutom en frågeställning runt dimensioneringen av denna som jag inte sett adresserats.

Ingen raketforskning direkt, dock. Deformationszonen i fronten på en bil fungerar på samma sätt rent mekaniskt/dynamiskt.

Jag har sysslat en del med brottmekanik och det kanske är ett speciellt tankesätt som gör att man funderar på vad som händer efter att saker formellt har "gått sönder".

Pär Hansson skrev:

För tredje gången...... Det är inte stolen det är fråga om utan infästningen.

Ja det har framgått hela tiden men du tror inte de som gör stolarna har lite erfarenhet och kunskap kring montering av dem i racebilar också?

Varför krångla till det istf för att fråga de som troligen har bäst kunskap? Det är ju som du säger ingen raketforskning.

Verkar onödigt att uppfinna hjulet igen om det redan finns.

om det är ngn ledtråd så monterar BMW:s, Porsches, m fl fabriksstall stolen direkt i balkarna på bilen.

Förresten, johann, jag hoppas att detta inte är medveten spamning? om det inte är det, varför svarar du när du inte förstått frågan?

EDIT: Detta var ett onödigt inlägg, det var inte menat som ett påhopp från början, men det var vad det blev. Jag ber om ursäkt.

Pär Hansson skrev:

Förresten, johann, jag hoppas att detta inte är medveten spamning? om det inte är det, varför svarar du när du inte förstått frågan?

Skärp dig nu!

johann skrev:

Pär Hansson skrev: Förresten, johann, jag hoppas att detta inte är medveten spamning? om det inte är det, varför svarar du när du inte förstått frågan? Skärp dig nu!

Va?

Jag undrar över beräkningsprinciper och dimensioneringsfilosofier, du hänvisar till normer (vilka jag beaktade i första inlägget) och stolstillverkare. Har du läst och förstått det jag skrivit överhuvudtaget?

Pär Hansson skrev:

johann skrev: Pär Hansson skrev: Förresten, johann, jag hoppas att detta inte är medveten spamning? om det inte är det, varför svarar du när du inte förstått frågan? Skärp dig nu! Va? Jag undrar över beräkningsprinciper och dimensioneringsfilosofier, du hänvisar till normer (vilka jag beaktade i första inlägget) och stolstillverkare. Har du läst och förstått det jag skrivit överhuvudtaget?

Jag har läst och förstått och jag undrar om du läst och förstått att du skall tala med din stolstillverkare om din teori med elastiska fästen. De vet om det är en bra idé eller inte och om det öht spelar ngn roll med de krafter som du talar om.

Jag skull dimensioner stolsunderredet gämnstarkt, allså vid stora belstingar så kommer fler saker flexa utan att någon blir överbestad.

och jag sätter en tunna skit på att en stolleveratör kommer säga
- Köp våran stol och fästen. Följ sedan monteringsföreskrifterna så håller det.
typ detta är vad man brukar få höra från dylika firmor när man ställer mer ingående tekniska frågar.

och det var INTE vad Pär ville hör.

om jag nu inte har fått allt om bakfoten så tror jag man inte behöver mer än 8.8 skruv till infäsningran i stolen. Hmm är det i alla fall på de rallybilar jag skruvat.

Pär:
Jag gjorde samma snabba överslag på M8 8.8 skruv och fick 23g, då under flytgränsen.
Allså typ räknat på förspänningskraften man får med spänning en bit under sträckgränsen.

När jag satt i min bil å föraren backade in i ett träd
vi höll ca 80-90km/h när bilen började snurra runt
Bilen gjorde en 180 graders å backade ut i naturen så vid kollisionen med trädet kanske vi hade 50-60km/h. Som man ser på fotot har passagerar stolen blivit lite sne. Det var orginal infästningarna i golvet
som hade givit med sig.
Är rätt övertygad om att om det tex gått i 100Km/h hade stolen lossnat helt å jag fortsatt bakåt
Ingen som helst skada på stolens infästningar eller sidofästerna ( OMP ) Nu kommer jag alltid montera
grejerna med skruv genom golvet å ca 10x10cm plattor som fördelar kraften om olyckan skulle vara frame igen


Det är M8 i framkant orginal å M10 i bakkant då infästningarna till bältet sitter i stolen.
Jag skruvade fast sidofästerna i dessa.

Har ingen bild på golvet i bilen just nu men jag kan ta en när jag får tillbaks bilen från lack om någon vill se?