Motorsport Achtervleugel Vernietigingstest

In deze video wordt de motorsportvleugel die in onze video over Motorsport Aero Wing Construction is gemaakt, getest tot hij het begeeft. Als je deze video nog niet hebt gezien, raden we je aan om hem te bekijken omdat het je kan helpen uit te zoeken hoe de vleugel zou kunnen falen.

Waarom zou het voordelig zijn om een vleugel als deze te testen op vernietiging?

De eerste reden om een vleugel als deze te willen testen is om er zeker van te zijn dat hij sterk genoeg is om de neerwaartse kracht en belastingen te weerstaan die hij tijdens het gebruik kan ondervinden. Daarnaast helpt het kijken naar en leren van destructieve testen zoals deze om faalmethoden te begrijpen, wat belangrijk kan zijn omdat het toekomstige ontwerpen kan beïnvloeden op basis van de faalmethode die tijdens de testen is ontdekt.

Wat is de gebruikte methode en testopstelling?

De testopstelling die we hebben ontworpen is een relatief eenvoudige stalen frameconstructie voor de stevigheid, met staanders om de vleugel direct in de inserts aan het uiteinde te bevestigen. Andere apparatuur omvat een meetklok om de doorbuiging van de vleugel tijdens de test te meten en een drukmeter om de druk in de opblaasbare blaas te meten.

De opblaasbare blaas is gemaakt van buisvormig verpakkingsfolie waarvan de uiteinden thermisch zijn geseald en een ventiel is geplaatst om de blaas op te blazen. De heatsealer is effectief in het sealen van de uiteinden van de buisfolie. De zak is opzettelijk te groot gesneden zodat de uiteinden kunnen worden omgevouwen en er minder kracht hoeft te worden uitgeoefend op de afdichtingen van de zak.

Het gebruikte ventiel is een Schrader-ventiel voor een tubeless fietsvelg waarvan het binnenwerk is verwijderd. Als het gemonteerd is, sluit het af op de tas via een verzonken gat dat in de rig is geboord en als het vastzit, kan er een slang op worden aangesloten om de band op te blazen.

De vleugel kan dan worden geïnstalleerd door hem met bouten aan de staanders te bevestigen. Rubberen sluitringen worden gebruikt om een zekere mate van buiging toe te staan tijdens de test als de vleugel doorbuigt.

De meter wordt vervolgens aangesloten op een drukbron en de meetklok wordt geplaatst met behulp van een eenvoudige magnetische voet.

Normaal gesproken wordt bij dergelijke tests de blaas hydraulisch opgeblazen met water. De reden hiervoor is dat water niet samendrukbaar is en als de vleugel het punt bereikt waarop deze bezwijkt, bevat de vloeistof veel minder opgeslagen energie, waardoor het bezwijken vanuit veiligheidsperspectief veel gecontroleerder en beheersbaarder is. Voor deze test echter, om een interessanter en mogelijk dramatischer bezwijken te bereiken, zetten we de vleugel onder druk met lucht. Het wordt niet aanbevolen om dit te doen en we werken met veiligheidsmaatregelen om het risico van het gebruik van lucht te minimaliseren.

Resultaten

In de eerste test wordt de maximale doorbuiging van de vleugel gemeten voor de beoogde hoeveelheid downforce die deze vleugel zal produceren. In dit geval is dat 100 kg belasting die een doorbuiging van 6 mm oplevert. Dit is perfect acceptabel voor een vleugel van dit type en de beoogde toepassing.

Op dit punt wordt de meetklok verwijderd en de druk verhoogd om het uiteindelijke bezwijkpunt en de methode te bepalen. Dit soort test heeft enkele compromissen, we oefenen namelijk maar aan één kant van de vleugel kracht uit en door de spanning in de folie zal de druk en de kracht die door de blaas wordt uitgeoefend ongelijkmatig zijn. Ondanks deze compromissen in de testmethode levert het toch gegevens op die nuttig zijn voor de toepassing.

Het eerste punt van falen, de insert is uit de vleugel gescheurd. Dit was echter ver boven de verwachte belasting op de baan. Deze manier van falen was gedeeltelijk het gevolg van het feit dat het ontwerp van de testopstelling zo stijf was - de bevestigingen in het uiteinde van de vleugel stonden dus onder een grote trekkracht terwijl de vleugel doorbuigde tot het moment dat de "insert" eruit werd gescheurd. De schade bleef beperkt tot wat delaminatie en het uitgescheurde inzetstuk en het zou perfect mogelijk zijn om het te repareren en weer in gebruik te nemen.

Om echt te zien hoeveel belasting het hoofdelement aankan, wordt er nog een test uitgevoerd. Om de vleugel tijdens de test goed te ondersteunen, worden zadels gemaakt die een gelijkmatig contactoppervlak op het vleugeloppervlak hebben om de belasting gelijkmatig te verdelen. De bladder wordt dan voor de tweede keer opgeblazen tot het punt waarop hij bezwijkt.

De vleugel bezwijkt uiteindelijk op een dramatische en catastrofale manier, zoals te zien is in de video! Zoals te verwachten valt, bezwijkt hij bijna precies in het midden van de vleugel, waar waarschijnlijk de piekspanning zit. De kant die onder druk staat is als eerste bezweken met een volledige breuk die zich heeft verspreid naar de kant die onder spanning staat. De achterrand is gedeeltelijk gedelamineerd als gevolg van interlaminaire afschuiving.

Er is geen reden om aan te nemen dat de vleugel een catastrofale storing heeft gehad, maar dit gebeurde bij een belasting van 1200 kg, wat veel meer is dan alles wat deze vleugel tijdens het gebruik zou meemaken!

Conclusie

Samenvattend kan uit de tests duidelijk worden geconcludeerd dat deze vleugel bestand is tegen veel hogere belastingen dan ooit op het racecircuit zouden voorkomen. Ten tweede had de vleugel bij het beoogde ontwerpniveau van downforce - 100 kg - een doorbuiging van 6 mm, wat meer dan acceptabel is.

Het feit dat de vleugel meer dan 8 keer het ontworpen downforce-niveau kon weerstaan, geeft aan dat de vleugel sterker is dan nodig. Dit betekent dat het ontwerp van de vleugel verder kan worden geoptimaliseerd om de stijfheid te maximaliseren en de sterkte te verminderen door de totale hoeveelheid materiaal die in de vleugel wordt gebruikt te verminderen en zo het gewicht te verlagen.