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Titolo: Legnami e sollecitazioni.

Ho costruito un semplicissimo ultraleggero in legno, partendo
dai disegni costruttivi  acquistati in U.S.A.
Il modello era in passato abbastanza diffuso negli States, e ne
sono stati costruiti varie centinaia di esemplari.
Il manuale di costruzione, fatto benissimo come solo gli
americani sanno fare, raccomanda giustamente di non utilizzare
essenze diverse da quelle indicate.
Il carrello di atterraggio è indicato sul disegno come una traversa
in legno massello di acero, di sezione rettangolare 38 x 60 mm
di altezza, che attraversa a piena sezione la fusoliera e scende
leggermente rastremato in altezza sino alle due estremità dove
sono montate le ruote.
La carreggiata è di 152 cm.
Non mi è stato possibile trovare del legno di acero del quale
potessi fidarmi, e comunque dalle tabelle riportanti le caratteristiche
dei legnami  ho rilevato che il frassino ha caratteristiche meccaniche
(carico di rottura e modulo di elasticità) leggermente superiori.
Inoltre l' uso del frassino per certi componenti aeronautici è
ampiamente collaudato, e così ho optato per quest' ultimo.
Ho anche pensato di migliorare le caratteristiche meccaniche
del pezzo costruendolo in lamellare (10 lamine sovrapposte
con la vena ribaltata una sull' altra), ciascuna di 6 mm di spessore,
ed incollate con colla epossidica.
Il velivolo pesa in ordine di decollo (pilota compreso) 210 Kg,
valore che è in accordo con le specifiche del progettista.
Sono state fatte circa 5 ore di rullaggi per mettere a punto la
struttura, l' elica ed il motore, e poi circa 3 ore di volo per una ventina
tra decolli ed atterraggi.
Poi, ad un ulteriore rullaggio per decollo, quasi alla velocità
d' involo, la traversa si è spezzata a metà della distanza tra
fusoliera e ruota (quindi non ha ceduto all' incastro con la fusoliera,
dove il momento flettente è massimo, nè all' attacco della ruota).
I danni sono stati limitati.
Chiedo agli esperti del legno :
- la sostituzione dell' acero con il frassino può essere stata
  uno sbaglio ?
- un elemento resistente in legno lamellare non dovrebbe avere
   caratteristiche migliori di uno di pari dimensioni in massello ?
L' incollaggio peraltro ha tenuto benissimo, e non si notano
segni di delaminazione tra le striscie.
Ora stò rifacendo un' altra traversa, con lo spessore delle
lamine di 4 mm anzichè 6. Migliorerà la resistenza ?
Mi era anche venuta l' idea di "campanare" la traversa, cioè
di darle una leggera forma ad arco, in modo che sotto carico
le ruote non siano divergenti sul terreno.
Ma qualcuno (un falegname, peraltro anche lui autocostruttore
dilettante di ultraleggeri !) mi ha ribattuto  che così facendo,
alla traversa sottoposta al carico statico del velivolo più
le sollecitazioni verticali del decollo/atterraggio, sarebbero
da sommare le tensioni interne del legno curvato, peggiorando
la situazione.
Che ve ne pare ?
Cordialità.
            Paul

A costo di apparire sacrilego...
Fare un trave di fibra di vetro unidirezionale?
A parita` di modulo, dovresti avere un peso circa uguale, ma un carico di
rottura (a memoria, non ho i numeri a portata) circa 10 volte superiore...
In alternativa...
Laminare un paio di strati di unidirezionale di vetro (sottolineo vetro, NON
carbonio, il vetro e` molto piu` elastico) nella faccia inferiore della
traversa, quella caricata a trazione?
Il legno, che io sappia, resiste molto poco a trazione, mentre resiste molto
di piu` a compressione.
Terza alternativa... scrivere al progettista? (non mi picchiare...)
Paolo

 d' involo, la traversa si è spezzata a metà della distanza tra
solo una curiosità:
qual'è la velocità d'involo di un mezzo del genere ?
--
Ciao
!max!
* Scarta gli operatori logici per rispondere *

fusoliera e ruota (quindi non ha ceduto all' incastro con la fusoliera,
Non che me ne intena alcunche' di queste cose, ma mi sovviene una
curiosita':
In che direzione si e' spezzata? Dal basso verso l'alto o da avanti
verso indietro?
-- 
Byebye from Verona, Italy
Bernardo Rossi                    
b.r...@tin.it

 Che ve ne pare ?
         A -Il leggero inarcamento e' mantenuto da un sottile
             trefolo d'acciaio collaborante!
         B -Rivestire la traversa con trama in kevlar!
            ciaofelix
-- 
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    caratteristiche migliori di uno di pari dimensioni in massello ?
Dipende dalle "caratteristiche": di sicuro e' meno flessibile (e
magari si e' rotto per questo)

   uno sbaglio ?
Il problema puo' essere la resistenza del singolo pezzo.
Nel legno le caratteristiche meccaniche sono correlate alla densita'
e fra due pezzi della stessa essenza il piu' pesante e' quasi sempre
piu' resistente. Il peso relativo si puo' inferire dalla larghezza degli anelli
annuali: nel frassino e nella quercia anelli piu' larghi indicano
densita' maggiore.
potresti usare la robinia, che e' il legno italiano piu' resistente all'urto,
e fra i piu resistenti alla flessione. Alternativamente, a parte l'hickory,
 ci sono essenze tropicali quali il wenge' e l'azobe',
 in particolare quest'ultimo
ha una resistenza alla flessione quasi doppia della robinia,
ma e' molto pesante (affonda nell' acqua). 
Una domanda: Tu su qull'aereo ci voli? 
- Marino

 qual'è la velocità d'involo di un mezzo del genere ?
Stacca le ruote a 55 - 60 Km/h.
Cordialità.
          Paul

 link al produttore/progettista?
Per uno sguardo d' assieme :
http://www.geocities.com/aerowolf35/dgrunloh.htm
Per il "work in progress" :
http://www.geocities.com/aerowolf35/dgrunloh2.htm
Per un' occhiata alla traversa del carrello :
http://www.geocities.com/skypuppics/dgrunloh/dan54.jpg
Per i contatti :
http://www.sirius-aviation.com/skypup.html
oppure :
Dan Grunloh
P.O.Box 368
Loda, Illinois 60948
U.S.A.
Cordialità.
            Paul

 Una domanda: Tu su qull'aereo ci voli?
Ma sei matto ? :-))))))))))
Cordialità.
          Paul

Che ve ne pare ?
Sono indeciso tra un Boh! e un Mah! ;-)
-- 
Ciao.
Pierluigi


credo anch'io che sia peggio, hai più probabilità di fibre interrotte perché
non parallele al taglio... io penserei piuttosto di aumentare lo spessore,
almeno 15 mm per strato

e fra i piu resistenti alla flessione.
Piccolo dubbio rispetto al modulo di elasticità come unico criterio di
scelta: le conifere lo hanno molto alto, persino superiore al Frassino.
Però non vuole dire che siano più resistenti.
-- 
Ciao.
Pierluigi

almeno 15 mm per strato
Allora mi faccio coraggio e dico quello che prima lasciavo solo
intendere: secondo me la traversa è meglio farla in massello.
-- 
Ciao.
Pierluigi

 Però non vuole dire che siano più resistenti.
Vorrei chiarire che quando dico resistenza alla flessione non parlo
del modulo di elasticita': un alto carico di rottura indica che prima
di rompersi il materiale si flettera' maggiormente(a parita'
ovviamente
di modulo di elasticita') Se per ipotesi due legni hanno lo stesso
modulo
di elasticita' , diciamo 100, ed uno ha carico di rottura a flessione
500 e l' altro 1000, il pezzo 1000 dovrebbe flettere il doppio prima
di rompersi, o no ?
Questo a prescindere dalla resistenza a carichi improvvisi (urti).
La robinia si usa anche per manici di piccone.
 
Marino

 intendere: secondo me la traversa è meglio farla in massello.
Ringrazio te, "carlo zampogna", "Marino" e tutti gli altri che hanno
cercato di aiutarmi.
Ho cercato in questi giorni di documentarmi meglio, e riassumo :
I problemi sono tre.
1) scelta dell' essenza più adatta.
2) giusto orientamento delle fibre per il massimo di resistenza.
3) adozione del lamellare contro massello.
Per quanto riguarda il capo 1), devo dire che "Marino" ha detto
molto bene, consigliando l' hickory. Peccato che sia quasi
sconosciuto e per me impossibile da reperire (se qualcuno ha
qualche suggerimento mi farebbe cosa gradita).
Nella tabella seguente posto le caratteristiche che interessano
la resistenza a flessione delle essenze che sembrano più adatte.
Omettendo le unità di misura, nella colonna (1) è riportato
l 'indice di resistenza a flessione STATICA dell' essenza,
nella colonna (2) quella a flessione DINAMICA (cioè la resilienza -
capacità di resistere agli urti), e nella (3) il peso specifico.
                                      (1)           (2)           (3)
Frassino                       1.100        2,36        0,683
Quercia (rovere)           1.000        2,40        0,650
Betulla                          1.200        1,86        0,540
Acero                           1.000        2,20        0,620
Hickory                        1.500        3,55        0,750
Robinia (Pseudoacac.)  1.200        1,40        0,770
Faggio                          1.100         2,20       0,620
Per certe essenze i dati erano variabili a seconda della varietà
del legname (ad esempio frassino nostrano oppure frassino
americano) ed in tal caso ho mediato i valori.
Nell' applicazione del mio caso (la traversa è sollecitata a carico
dinamico) il dato più importante è quello di colonna (2), dove
si nota che l' hickory è di gran lunga il migliore, a fronte
di un modesto incremento di peso.
Un altro parametro molto importante è il coefficiente di rigidità
del legno, cioè l' inverso della flessibilità. Questi dati non li ho
potuti trovare pronti, ma per fortuna mi sono procurato il
metodo normalizzato di prova, che si basa sul rapporto tra
luce d' inflessione e freccia massima prima della rottura
del provino. Questo metodo quindi prescinde dalla misura del
carico applicato, e lo posso quindi adottare facilmente in laboratorio,
adattando una semplice  curvatubi idraulica da tubista.
Potrò quindi misurare proprio la caratteristica della partita di legno
che utilizzerò veramente.
Per quanto riguarda l' orientamento delle fibre rispetto alla direzione
del carico applicato, le prove normalizzate sia a flessione statica
che dinamica fanno esplicito riferimento al carico applicato come
diretto in direzione tangenziale agli anelli di accrescimento.
Non credo di poter garantire che nel pezzo che mi si è rotto fosse
proprio così, od almeno non su tutte le singole lamelle incollate.
Per l' adozione del lamellare contro il massello (che sia tu come
"carlo zampgna" sconsiglia, sono propenso a darvi ragione, ma
sospendo il giudizio sino a quando mi sarò procurato una copia
del manuale Giordano. Credo che lì ci sia scritto.
Come ultima cosa, ispezionando accuratamente la frattura ho
scoperto che l' innesco alla rottura è stato determinato da un
piccolissimo nodo, invisibile all' esterno ma che si estendeva
all' interno della lamella incollata più bassa, quella sottoposta
maggiormente a trazione sotto carico.
Insomma, ora mi giro il berretto e faccio un cazziatone all' addetto
al controllo di qualità. :-)
Cordialità.
            Paul

 al controllo di qualità. :-)
      Questa e' bella! Ma se era *invisibile* perche'quel disgraziato
      avrebbe dovuto vederla?:-(
      ciaofelix:-)


al controllo di qualità. :-)
Giusto! Cantagliene quattro!
E digli che la prossima volta ti porti su anche lui a fare i voli di
collaudo, a vedere se stà più attento al suo lavoro :-)
-- 
Ciao.
Pierluigi

       ciaofelix:-)
Oltre all' addetto al controllo di qualità, cazziatone anche a te !
Aggiungi all' ultima riga che hai riportato :
"  piccolissimo nodo, invisibile all' esterno ma che si estendeva....."
anche la successiva :
"  all' interno della lamella incollata più bassa....."
e capirai meglio.
Se PRIMA dell' incollaggio la lamella più bassa presentava un nodino
sulla faccia interna, (quindi visibile)  l' addetto DOVEVA accorgersene.
Cordialità.
             Paul

 e decolli avvengono ad una certa velocità?
Bella domanda !
In effetti, quando l' aereo è fermo, la traversa del carrello è sollecitata
unicamente dal carico statico verticale corrispondente al peso.
In rullaggio, a causa delle irregolarità (piccoli dossi) del terreno, alla
forza peso si somma la componente dovuta all' accelerazione verticale
(cioè il risultato dell' urto sul dosso).
Inoltre l' urto comporta anche una componente orizzontale (cioè la
ruota tende ad arretrare, tanto più quanto è pronunciato il dosso
e quanto maggiore è la velocità di rullaggio.
Questo al decollo.
All' atterraggio, a queste forze si deve aggiungere quella dovuta
alla decelerazione verticale al contatto con il suolo delle ruote.
La risultante di tutte queste componenti, in direzione ed intensità,
è sconosciuta, anche se si può ipotizzare uno sforzo sulla traversa
diretto dal basso verso l' alto e congiuntamente dall' avanti verso
il dietro.
Insomma, non è facile con il fai da te tenere sotto controllo il tutto,
se mancano le basi teoriche e le ipotesi di calcolo.
Quando avevo ricevuto i disegni, per curiosità avevo provato a
verificare la sezione della traversa all' incastro con la fusoliera,
cioè dove il momento flettente è massimo, adottando il carico
di rottura del legno di 1.000 Kg/cmq (frassino), e nell' ipotesi
di una decelerazione verticale all' atterraggio di 2 g.
La traversa, secondo i calcoli, non avrebbe retto !
Poi mi è capitato di parlare con un pilota di una compagnia aerea,
e mi ricordo della risposta che se lui fosse atterrato a 2 g.......
lo avrebbero licenziato in tronco.
Quindi, mancando del know-out, è d' obbligo riferirsi al progetto
originale, che nel mio caso ritengo di poter considerare serio,
se non altro per l' elevato numero di esemplari già costruiti.
Cordialità.
             Paul

 Oltre all' addetto al controllo di qualità, cazziatone anche a te !
       Ecco!....Lo sapevo!! :-((


 
Paul, 
puoi dire da dove hai tratto i dati di questa tabella?
Mi sembra strano che la robinia resista meno all'urto della betulla.
Marino

 Mi sembra strano che la robinia resista meno all'urto della betulla.
"Disegni di macchine", di Speluzzi & Tessarotto, Hoepli Editore.
Tabella 44 - Legnami naturali.
Vedo anche che il coefficiente Ru, che fà capo alla specifica prova
di resilienza con il maglio Charpy, è maggiore per la betulla :
- robinia pseudoacacia  = 0,22
- betulla                        = 0,29
Il motivo può essere che in tabella, per certe essenze usate per costruzioni
aeronautiche (betulla compresa) sono riportate le caratteristiche
certificate, e per altre di impiego più corrente invece no ?
Ti riporto la nota completa :
"Valori minimi prescritti dal Ministro dell' Aeronautica (sic!). Gli
altri valori sono desunti dalle caratteristiche rilevate in gran numero
di prove".
Cordialità.
           Paul

 certificate, e per altre di impiego piů corrente invece no ?
Potrebbe essere; oppure la betulla per aeronautica non e'quella
delle alpi piemontesi; appena metto mano su qualche pezzo faro'
delle prove empiriche.
Marino