Schwertphysik

[Tom]

Hallo Patrick, hallo Meister Petz,

das Video habe ich mir angesehen - einzig haben mich die "zusätzliche Randbedingung" (Auflage des zerbrechenden Schwertes auf zwei Auflagern) gestört, was die Interpretation erschwert. Ich finde es dennoch sehr interessant (vor allem die Zeitlupeaufnahmen). Meister Petz, du hast Recht - es muss in beiden Fällen ähnlich viel Arbeit verrichtet werden. Beim steifen Aufeinandertreffen passiert nebst Biegung ein Umformprozess der Klinge (Scharten) bei welchem Wärme frei wird. Die Summe der Arbeit durch Umformen und durch Biegung der steifen Achse = "nur Biegung" der weichen Achse. Durch die, während des Zusammenpralls, sich heranbildende Kerbe, entsteht Kerbwirkung die zu lokal höhren Spannungen (vor allem bei Biegung führt). An der Stelle des Zusammenpralls befindet sich die "Druckseite" der Biegung - die Zugseite bleibt unversehrt. Was passiert bei dieser Art Lastfall? Dazu brauche ich noch Kenntnisse zu Versagensarten von Stählen.

Tom

[MeisterPetz]

Hi,

An der Stelle des Zusammenpralls befindet sich die "Druckseite" der Biegung - die Zugseite bleibt unversehrt.

-> dem würde ich widersprechen. An der Stelle, an der die Klingen aufeinander treffen existiert kein Biegemoment in der Klinge (Moment ist immer Kraft * Hebel), da kein Hebel vorhanden ist. Was jedoch existiert ist eine Keilwirkung der "zerstörenden" Klinge, wenn sie in die "brechende" eindringt und eine Scharte immer weiter aufweitet...insofern ist doch Biegespannung vorhanden, die durch die Kerbwirkung verstärkt wird. Weiterhin existieren eine Querkraft (-> führt zu Scherspannungen) und die Flächenpressung. Bei einem einseitig gelagerten Biegebalken (was anderes ist ein Schwert nicht) ist die Zugseite auch immer auf der Seite der belastenden Kraft...also auf der Seite des Zusammentreffens. Das ist auch der Grund, weshalb die Kerbe so kritisch ist. Wenn diese sich auf der Druckseite befindet wird sie durch die Biegung sozusagen zugedrückt. Da sie sich jedoch auf der Zugseite befindet wird sie aufgeweitet, was zu Spannungsüberhöhungen im Kerbgrund führt. Dieser Mechanismus dürfte, wenn ich mich mal ein wenig aus dem Fenster lehne, mit steigendem Härtegrad des Stahls an Bedeutung gewinnen (geringere Duktilität)...Stark gehärtete und nicht vergütete Stähle können durchaus brechen wie Glas (Hat jetzt zwar nichts mit der Realität zu tun aber ich denke Narsil aus dem Herrn der Ringe ist zumindest ein gutes Bild, wie man sich etwas derartiges bei einem Schwert vorstellen kann). Zu Versagensarten kann ich dir aber auch nichts groß sagen, dazu reicht mein Wissen nicht aus


Gruß

Edith sagt: Ein weiterer Mechanismus, der vermutlich relevant ist, ist die Kaltverfestigung. Treffen zwei Klingen mit großer Gewalt aufeinander steigt die Härte des Stahls an dieser Stelle durch die kalte plastische Umformung...was zu einer Verringerung der Duktilität und somit irgendwann zum entstehen von Rissen und Kerben führt

[Tom]

MeisterPetz, bei diesem dynamischen Problem ist es so, dass die Klinge sich in der Mitte beginnt zu bewegen. Die von der Mitte entfernten Teile der Klinge verbleiben zunächst durch ihre Trägheit am alten Ort und eilen der durch die Mitte vorgegebenen Bewegung hinterher. Ganz vereinfacht könnte man sich das als Einfeldträger mit mittiger Belastung vorstellen. Das maximale Moment ist somit genau am Kraftangriffspunkt.

Ich gebe dir Recht, Biegemoment ist Kraft x Hebel. Das trifft auch in unserem Falle uneingeschränkt zu. Man kann sich auch vorstellen, die Kräfte wirken (durch Trägheit der Massen) an den von der Mitte entfernten Stellen. Somit ergibt sich der Hebel zur Mitte hin.

Liebe Grüße
Tom

[Tom]

Ich habe weitere Analysen durchgeführt, eine Simulation eines Klingenkontaktes im oberen Drittel der Klinge. Das Modell ist in einem sehr frühen Stadium, dennoch lassen sich Schlüsse über Schwachstellen ziehen. Diesmal sind es kurze Videosequenzen, da es sich um eine zeitbasierte Simulation handelt.

www.ib-guder.de


Winterliche Grüße an Euch nach Dresden!
Tom

[EnginSeer]

Hallo Zusammen,

ist dieser Thread noch aktiv?
Mich würde - abgesehen von ein paar Fragen zur Modellierung - interessieren, ob es hier schon Ergebnisse gibt; die angegebene Homepage zeigt ja nur ein statisches Bild...


Schöne Grüße:
Gerd