Freier Fall - Aufprallkraft

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

ich habe folgendes Problem:

ich brauche für eine Berechnung mit FEM eine Ersatzkraft, welche ich zum Simulieren der Aufprallkraft eines frei fallenden Körpers einsetzen kann.

Gewicht ca. 3,5t verteilt auf 4 Auflageflächen
–> ca. 8750N/pro Auflagefläche
Es fällt aus einer Höhe von ca. h = 30mm

Da es sich um einen Stoß handelt, habe ich den Ansatz anhand der kinetischen Energie mit E = 1/2 m * v² versucht.
v = Wurzel(2gh) --> v = 0,7672m/s
Es resultiert also eine kinetische Energie von ca. E = 260J

Kann ich hieraus oder anderweitig irgendwie eine Kraft ermitteln, welche ich als Ersatzkraft zum Simulieren verwenden kann? (kann auch nur eine Annäherung sein)

Beide Körper sind aus Stahl und haben nach dem Stoß die Geschwindigkeit v = 0m/s.
Es wir also so gut wie die gesamte Energie durch Verformung der beiden Körper abgeleitet.

Eigentlich bräuchte ich ja einen Wert für die Verformung, also z.B. welche Beschleunigung das fallende Teil beim „bremsen“ erfährt, oder die Strecke die zum „abbremsen“ benötigt wird…

Da ich aber die Verformung mit FEM berechnen will und ein Realversuch nicht möglich ist stehe ich hier vor einem Problem :smile:

Beide Körper sind aus Stahl und haben nach dem Stoß die Geschwindigkeit v = 0m/s

Danke für eure Hilfe

#2

Hallo!

Du hast das Problem erkannt. Wenn ein Gegenstand mit bekannter Masse und Geschwindigkeit wo anders aufprallt, kann man noch lange keine Kraft angeben, denn die hängt von der Bremszeit oder Bremsstrecke ab. Diese wiederum hängt davon ab, wie sehr die Materialien nachgeben.

Im Prinzip solltest du in der Lage sein, mit der FEM auszurechnen, wie stark diese Auflageflächen unter einer vorgegebenen Kraft nachgeben. Das liefert dir die Federkonstante der Auflageflächen. Und damit kannst du dann ausrechnen, wie lang der Bremsweg für deine 3,5t ist.

Andererseits weißt du vielleicht, wie stark die Auflagen nachgeben dürfen, hast also den Bremsweg gegeben, und kannst daraus die Kraft berechnen - zumindest taugt das, um eine Vorstellung von der Kraft zu gewinnen. Denn je nachdem ist die Federkonstante gar nicht so konstant, so daß du da genauer hinschauen musst!

#3

Hallo alleine,

nimmst du einen elastischen oder einen unelastischen Stoß an?

Tankred

#4

Ich betrachte es als vollkommen unelastisch, also als plastischen Stoß…

#5

Definition aus einem Physikbuch: „Beim unelastischen Stoß prallen zwei Massen zusammen und bewegen sich nach dem Stoß mit gemeinsamer Geschwindigkeit weiter.“
Das stimmt mit der Angabe aus deinem UP:

nicht überein.

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