LARA ENGINEERING werktuigbouwkundig sterkteberekening bureau | Wensenkampsweg 1 9541EB Vlagtwedde
0599 743700
info@lara-engineering.nl

Bezwijktheorie

Bezwijken van materiaal is volgens de bezwijktheorie globaal in twee inwendige materiaalkenmerken in te delen. Het eerste geval kenmerkt zich in overmatige vervorming. Daarbij breekt het materiaal niet altijd of pas op het allerlaatst. Het aanstaande bezwijken aankondigt zich als het ware aan door overmatige vervorming te laten zien. Het tweede geval kenmerkt zich in een  plotselinge breuk. Daarbij vervormt het nauwelijks maar breekt het vroeg of laat spontaan.  Het bezwijken wordt hierbij dus niet aangekondigd.  Daarnaast is het bezwijken globaal in te delen in twee oorzaken. 1 Statische belasting, waarbij er een continu onveranderlijke belasting rust op de constructie. 2 dynamische belasting is weer onder te verdelen in 3 belastingsoorten, namelijk steeds herhalende gelijke wisselbelasting,  fluctuerende belasting en variërende belasting.

bezwijktheorie

Bron: Georgia Institute of Technology (University of Georgia) / Physical Science & Engineering

 

Bezwijk door overmatige vervorming
Constructies kunnen volgens de bezwijktheorie bezwijken door diverse oorzaken. Zo kan het instorten waarbij het niet breekt maar alleen rekt. Maar het kan ook nog breken na zo’n grote vervorming. We spreken dan van plastische vervorming. Dit gebeurt dan bij taaie (ductile) materialen. Het bezwijken kondigt zich aan doordat er een steeds grotere vervorming te zien is, voordat de constructie compleet instort en constructie elementen compleet knikken, dubbel vouwen of ernstig torderen. Meestal ziet men dit soort bezwijk dan ook vooraf aankomen, waardoor men nog maatregelen kan nemen.

bezwijktheorie taaibreuk

bron: wikipedia -fatigue


Spontane breuk

Maar er kan ook een plotselinge breuk ontstaan. Dat gebeurt dan meer bij brosse (brittle) materialen. De breuk kondigt zich niet aan maar ontstaat plotseling waarbij een constructie onaangekondigd snel ineen stort. Dit zijn de meest gevaarlijke bezwijk oorzaken. Er is geen tijd meer om maatregelen te nemen. We spreken dan van brosbreuk. Brosbreuk is te herkennen aan het breukoppervlak. Brosbreuk kan ontstaan door diverse oorzaken.

vermoeiingsbreuk

bron: wikipedia -fatigue

Vermoeiingsbreuk
De meest bekende brosbreuk is wel de breuk aan het eind van een vermoeiingstraject. Daarbij ontstaan er in de loop der tijd haarscheurtjes die meestal beginnen bij een oneffenheid zoals een kras, bewerkingsspoor, putroest, verontreiniging of ander onvolkomenheidje in het materiaal. De haarscheurtjes groeien langzaam uit tot een echte scheuren (cracks) in het materiaal. Op het moment dat er zo weinig vast materiaal over is dat dit de kracht niet meer kan opnemen, ontstaat er een spontane breuk. Ook een vermoeiingsbreuk is te herkennen aan het breukoppervlak. Een brosbreuk kan ook ontstaan zonder voorafgaande vermoeiing. De belasting is dan veel te hoog voor het dragend oppervlak en de breuk ontstaat bij de eerste belasting. Dit is overigens een complexe bezwijktheorie met veel onzekerhheden.

vermoeiingsbreuk / fatigue crackgrow

bron: wikipedia -fatigue

Van taai naar bros
Bepaalde materialen zijn van zichzelf al bros of juist taai of ergens daartussenin. Het is overigens mogelijk om de hardheid van een materiaal te vergroten en daarna de brosheid weer iets te laten afnemen. Zodat het hard en sterk is maar niet te bros. Bijvoorbeeld het zogeheten harden plus ontlaten. Bij taaie materialen hoeven we ons niet direct zorgen te maken over een plotseling bezwijken ten gevolge van brosheid.

Van taai naar bros

Bron: Georgia Institute of Technology (University of Georgia) / Physical Science & Engineering


Ductile-brittle-transition

Echter een aantal materialen zoals constructiestaalsoorten, kunnen beneden een zekere temperatuur overgaan van taai naar bros. Dat heet “ductile-brittle-transition”. De Liberty Schepen zijn daar een goed voorbeeld van. Deze werden gebouwd van een taai materiaal. Niets leek er aan de hand, totdat de huid van de schepen zo koud werden en het materiaal overging van taai naar bros. Een volledig doormidden breken was het gevolg.

ductile-brittle-transition

Bron: Georgia Institute of Technology (University of Georgia) / Physical Science & Engineering

 

Welke bezwijktheorie moeten we hanteren
Om nu te toetsen of een constructie voldoet aan de sterkte-eisen, moet er eerst gekeken worden aan welke bezwijk-risico’s de constructie wordt blootgesteld. Wordt deze alleen statisch belast of is het een complex patroon van zich steeds herhalende variërende belastingen. Is het materiaal van zichzelf bros of juist taai. Kan het overgaan van taai naar bros en hoe groot is dat risico dat die situatie zich voor zal doen. Dit zijn slechts een paar situaties die moeten worden bekeken om te bepalen volgens welke bezwijk-theorie de weerstand tegen bezwijken getoetst moet worden.

bezwijktheorie

Bron: Georgia Institute of Technology (University of Georgia) / Physical Science & Engineering

Levensduur
Met een SN-dagram Kan de levensduur worden bepaald voor onderdelen die blootgesteld staan aan wisselende belasting. Dat geldt overigens alleen voor volledig Fully Reversed Stress. Wat betekent dat zowel de frequentie en de amplitude van de spanningsgrafiek. Dus een mooie sinuskromme.  Voor fluctuerende en variërende spanningspatronen moet de levensduur worden berekend met behulp van andere methoden waarbij veel externe variabelen een zware rol spelen bij het bepalen van de uiteindelijk geschatte levensduur.

SN-Curve voorbeeld

bron: wikipedia -fatigue

 

Bronvermelding:
Een aantal van de bovenstaande afbeeldingen zijn afkomstig uit de diverse door constructeur F. de Jong gevolgde modulen

van Georgia Institute of Technology (University of Georgia)  / Physical Science & Engineering
De overige afbeeldingen zijn afkomstig van wikipedia -fatigue

Tot zover het onderwerp: Bezwijktheorie

In deze techno-rubriek , geeft constructeur Freddy de Jong van LARA Engineering op eenvoudige wijze uitleg over een begrippen die bij sterkteberekeningen steeds centraal staan. Om onze  opdrachtgevers iets meer inzicht te kunnen geven in deze materie, zullen er bij regelmaat essentiële onderwerpen worden behandeld, zonder de lezer te vermoeien met ingewikkelde termen of formules. Hierdoor worden opdrachtgevers in staat gesteld om hun sterkteberekeningsbehoefte beter en makkelijker te omschrijven. Maar ook om de sterkteberekeningsresultaten en rapporten beter te kunnen begrijpen. De onderwerpen zullen bij enige regelmaat worden gepubliceerd. Dus houd deze Techno-rubriek in de gaten en mis er niks van.