Decor

Dimensionering Decor
Teori

På denna sida skall några grundläggande begrepp som används inom mekaniken och hållfasthetsläran gås igenom. Avsikten är att inte bli för matematisk utan att försöka belysa vissa elementära samband som är fundamentala för förståelsen av teoretisk dimensionering av ett spö.

Ett spö eller stång som hålls fast i sin ena ände (handtag) och utsätts för en kraft, F, vinkelrätt mot sin längdriktning i den andra änden (spetsen) utsätts därigenom för ett böjande moment, M, som växer från spetsen mot handtaget. Momentet kan uttryckas som

                                        (1)

där l är avståndet från spetsen. Se Figur 1.

 

Figur 1. Schematisk framställning av belastat spö.

 

Av ekvation (1) kan vi se att momentet är noll i spetsen på spöet och maximalt i handtaget då l går mot L. Kraften F utgörs av linans (och toppöglans) dynamiska påverkan av spöet. Garrison kallade detta för "Tip Impact".

Det böjande momentet är en yttre belastning som balanseras av inre belastningar i spöet och som förorsakar spänningar i spöets tvärsnitt var vi än tittar utefter spöets längd. Om vi betraktar ett godtyckligt tvärsnitt utefter spöets längd så kan vi ställa upp sambandet för motsvarande moment och spänningar:

                                        (2)

där S är spänningen, r är avståndet från "neutrallagret", NL enligt Figur 2 nedan, till den fiber där spänningen betraktas och I är "ytböjtröghetsmomentet". Neutrallagret är det plan genom vilket tvärsnittet kröker sig eftersom alla strimlor, dr, ovanför neutrallagret gör lika stort motstånd mot böjning som motsvarande strimlor under neutrallagret. Se ett godtyckligt snitt enligt Figur 2. I neutrallagret är böjspänningen noll.

 

Figur 2. Godtyckligt tvärsnitt.

 

Ytböjtröghetsmomentet är ett mått på ett tvärsnitts motstånd mot böjning och beror på dess form och dimensioner. För ett rektangulärt tvärsnitt t. ex. kan ytböjtröghetsmomentet uttryckas:

                                        (3)

där b och h är bredden respektive höjden på snittet. Se Figur 3.

 

Figur 3. Rektangulärt tvärsnitt.

 

För en liksidigt sexkantig sektion (split canespö) blir ytböjtröghetsmomentet:

                                        (4)

där D är diametern på snittet snittet. Se figur 4.

 

Figur 4. Sexkantigt tvärsnitt (hexagon).

 

Vi skall uppehålla oss lite vid den fundamentala ekvation (2) som uttrycker att spänningen är proportionell mot det pålagda momentet och dessutom proportionell mot avståndet från centrum och har sitt maximum i yttersta fibern (där r = D/2 eller r = h/2).
Vidare uttrycker ekvationen att spänningen är omvänt proportionell mot ytböjtröghetsmomentet.

Med hjälp av ekvation (2) och (3) eller (2) och (4) kan således spänningarna beräknas om diametern (eller höjden) samt momentet är givet. Omvänt kan diametern beräknas om spänningarna är kända, och det är just det som Garrison gör. Han bestämmer en "tillåten" spänningskurva för spöet som anger maximala spänningen i yttersta fibern i tvärsnittet. Momentet beror ju av "Tip Impact" varför resten följer. Sambandet lyder:

                                        (5)

Vi ser alltså att diametern, D, beror enbart av spänningen, S, och momentet, M, beräknat efter ekvation (1). Denna teori stämmer med verkligheten om och endast om deformationen eller utböjningen, , på spöet är noll eller försumbar. Utböjningen fås ur sambandet:

                                        (6)

där A är snittets area och E är elasticitetsmodulen.

Av ekvation (6) ser vi att utböjningen bara är noll om bambuns elasticitetsmodul är oändligt stor. Vi vet alla att så ej är fallet. När spöet böjs så blir kraftens angreppsiktning i verkligheten inte längr vinkelrätt mot snittet och momentet enligt ekvation (1) stämmer inte längre. Man skulle kunna räkna ut diametern enligt den exakta teorin förståss. Då efter en annan spänningskurva. Garrisons spänningar är således fiktiva eller påhittade.

Men med den exakta teorin kvarstår ändock att fastställa en spänningskurva som svarar mot det spö som man vill bygga. Härav följer att det inte spelar så stor roll vilken teori som man tillämpar! Karaktären på det färdiga spöet bestäms ändå av spöbyggaren, inte av matematiken och den valda teorin.


Visst kan det vara av intresse att strävar efter perfektion i beräkningarna också, men för närvarande föredrar jag personligen den mer praktiska förenklade metod som Garrison använde och som finns implementerad i många dataprogram på marknaden och på nätet.

Intressant dock, är de teoretiska artiklar som på senare tid publicerats på nätet om dynamiken i flugkastet samt den exaktare teorin om krökta balkars böjning med dess tillämpning på flugspön. Se några länkar på sidan ovanför denna.