sciencetalk

Voor de keuring van een in NL ingebouwde LPG-installatie in een auto met een frans kenteken, heb ik een sterktebereking nodig van de bevestigingsbouten van de LPG-tank. [Copie de la note de calcul de résistance des ancres du réservoir de gaz].

Deze berekening wordt geeist door de DRIRE (= Franse RDW). Ten einde raad meld ik mij op het WSF met het verzoek of een lid weet waar ik zo'n calculatie kan verkrijgen. De LPG-installateur, noch de tankfabrikant, noch TNO kunnen mij helpen. Maar er moet toch gerekend en bepaald zijn welke bouten gemonteerd dienen te worden?

Zelf rekenen vind ik ook prima, (maar ik heb eigenlijk een min of meer officieel document nodig).

Het betreft een 100 liter cylindrische LPG-tank, die met 4 stalen banden op een stalen frame is bevestigd. De stalen banden zijn met 8 M10 (8.8) bouten bevestigd aan het frame.

Het frame is met 5 M12 (8.8) bouten aan de carrosserie bevestigd, uiteraard met ringen met een doorsnede van 30 mm en 3 mm dik.

Van de site tribologie.nl heb ik de waarden van de krachten gehaald, die de bouten kunnen opnemen.

Voor de 8 M10 bouten bedraagt dat totaal 178 KN en voor de 5 M12 bouten 162 KN. Dat is redelijk in evenwicht en ik neem natuurlijk de laagste waarde van 162 KN om te weten of deze bevestiging sterk genoeg is bij een botsing.

Wat ik niet weet is wat de aannamen moeten zijn bij een botsing van een voertuig. Ik ga derhalve uit van de volgende gegevens.

- Massa LPG-tank met gas, op frame gemonteerd bedraagt 100 kilo.

- Snelheid botsing 100 km/hr; omdat twee auto's op elkaar kunnen botsen ga ik uit van een snelheid van 200 km/hr.

- De auto wordt bij de botsing 50 cm in elkaar gedrukt.

De berekeningen die ik heb gemaakt met de bekende formules geven als uitkomst een vrijkomende kracht bij een botsing van 494 KN.

Dat zou betekenen dat de bevestigingsconstructie lang niet sterk genoeg is. Bij een aanname van 100 km/hr (snelheid van een auto tegen een stilstaand object) zou dat slechts 1/4 van de waarde zijn, dus 124 KN.

Wie wil me verder helpen?

Bedankt, Robert (nieuw op het WSF)

- Snelheid botsing 100 km/hr; omdat twee auto's op elkaar kunnen botsen ga ik uit van een snelheid van 200 km/hr.

- De auto wordt bij de botsing 50 cm in elkaar gedrukt.

offtopic maar toch

Dit is volgens mij een klassieker. Bij een frontale botsing van 2 auto's die beide 100km/h rijden, is er ook 2 keer zoveel kreukelzone om om te vervormen en dus komt er de zelfde kracht op de lpg tank te staan als dat je met 100km/h op een betonnen muur was gereden.

Bedankt Shimmy,

Dat was ik vergeten. Dat betekent dat ik mijn berekeningen kan gebruiken.

Nu nog de formele kant regelen. Wellicht komt er nog een tip.

RobertS.

Ik heb even je sommetje gecheckt:

100 km/h = 27,8 m/s

Veronderstllen we de afremming tijdens de botsing als eenparig.

Gemiddelde snelheid tijdens het afremmen 13,9 m/s.

De 0,5 m remweg wordt dus afgelegd in 0,5/13,9 = 0,036 s tijd.

dat betekent een versnelling a van Δv/Δt = -27,8/0,036 = 770 m/s²

De kracht op de tank, geconcentreerd gedacht op het massamiddelpunt van de tank bedraagt dan F= m·a = 100 x 770 = 77 kN

Dat was de natuurkunde, nu de constructie: daar heb ik geen verstand van, slechts (ik hoop intelligente) vragen over.

Van de site tribologie.nl heb ik de waarden van de krachten gehaald, die de bouten kunnen opnemen.

Staat daar ook bij in welke richting de bouten die kracht kunnen hebben? Want dat lijkt me best belangrijk. Of je aan een bout trekt in de boutrichting, of via een knipwerking tussen frame en carrosserie lijkt me een hoop verschil maken in wat een bout kan hebben
En dan denk ik ook niet dat die bouten de kracht netjes over elkaar verdelen. Als die bouten bevestigd zijn op de bodemplaat van de auto:
veroorzaakt de remkracht op de tank een moment rond een voorste draaipunt. In de hier versimpeld getekende constructie met twee bouten krijgt de achterste bout dan, afhankelijk van zijn plaats onder de tank en de hoogte van het frame de volle remkracht of mogelijk méér in zijn eentje te verwerken.

verder bedenkingen:

• geen idee hoe ik hier die knipkrachten nog in moet verwerken, dat zal wel afhangen van wrijving tussen frame en carrosserie. Voer voor constructietechnici.
• die bouten staan al met een zekere kracht opgespannen, volgens mij moet je dat ook meetellen.
• en vast nog wel een en ander waar ik zo 123 niet aan denk

Volgens mij is dit zo simpel nog niet al met al.

Dag Jan,

Dank je voor je bijdrage, met name ook voor je fraaie tekeningen.

De uitkomsten van je berekeningen komen wel heel dicht bij de oplossing. Hierbij mijn commentaar.

- De Franse RDW is vooral gebrand op een (formeel) papier waarop de controleberekeningen zijn uitgevoerd. Beoordelen kunnen ze het nauwelijks.

Frame/carrosserie.

- Inderdaad veroorzaakt de tank een moment op een (denkbeeldig) draaipunt = voorzijde frame. Ik heb dat moment overgenomen naar de achterste bouten.

De tankdiameter = 360 mm; de afstand van het hart van de tank tot het denkbeeldige draaipunt is 234 mm; de afstand tussen de voorste rij 3 bouten en de achterste rij 2 bouten = 300 mm.

Derhalve wordt de momentenvergelijking: 234 X 77 = 300 X Fv. De Fv bedraagt dan 46KN; verdeelt over de achterste 2 bouten is dat per bout 23 KN.

- De horizontale kracht van 77 KN worden over de 5 bouten verdeeld; per bout 15,4 KN. Ik weet niet meer of je van deze twee krachtcomponenten nog de resultante zou moeten berekenen. Als dat zo is bedraagt deze voor de achterste bouten 28 KN per bout. De toegepaste M12 bout heeft een maximale trekkracht van 32 KN.

Spanbanden/frame.

Voor de achterste bouten van de spanbanden geldt ongeveer hetzelfde verhaal. Hier zijn (nu) 4 M10 bouten gemonteerd en die zouden dan elk 11,5 KN moeten kunnen opnemen. De toegepaste M 10 bout heeft een maximale trekkracht van 22 KN.

Het bijzonder is nu dat LPG installatie was gemonteerd met 8 stuks M8 bouten en 5 stuks M10 bouten, terwijl de europesche regelgeving voor NL en Fr dezelfde zou moeten zijn. Het is mij bekend dat Fr geen M8 bouten accepteert bij de montage van de LPG tank en ik denk nu zelfs dat minimaal 2 stuks M12 achterste bouten noodzakelijk zijn voor de montage van het frame op de carrosserie.

Wellicht kan een forumlid deze berekeningen nog verbeteren met een beschouwing en de berekening van schuifkrachten en voorgeschreven trekspanningen. Ik ben al te lang van school af.

Hartelijke groeten, Robert.