Een dynamische berekening heeft betrekking op krachten die ontstaan doordat onderdelen bewegen. Zodra een constructie of machine versnelt, afremt of roteert, ontstaan er naast de statische belastingen ook dynamische krachten. De grootte én de richting van deze krachten kunnen voortdurend veranderen.
Een goed voorbeeld is de V-snaar aangedreven maaimessenas van een zitmaaier. De trekkracht in de V-snaar werkt steeds in dezelfde richting ten opzichte van de machine, maar gezien vanuit de draaiende as verandert de richting van die kracht voortdurend. Tijdens iedere omwenteling wordt de as daardoor afwisselend in verschillende richtingen belast. Dit veroorzaakt een continu wisselende belasting die zich bij iedere omwenteling opnieuw herhaalt. Juist dit soort wisselende krachten vormt de basis voor een dynamische berekening.
Wat doet een dynamische berekening?
Een dynamische berekening brengt het volledige krachtenspel van een bewegende constructie of machine in kaart. Voor ieder moment van de beweging worden de krachten en reactiekrachten in onderdelen en verbindingen berekend. Hierdoor ontstaat een nauwkeurig beeld van de belastingen die tijdens een volledige bewegingscyclus optreden.
De uitkomst van een dynamische berekening bestaat uit een belastingenset die kan worden gebruikt voor een handmatige sterkteberekening of een FEM-analyse. Pas in die volgende stap worden de spanningen, vervormingen en veiligheidsfactoren van de constructie bepaald.
Wanneer is een dynamische berekening nodig?
Een dynamische berekening is nodig wanneer een constructie of machine tijdens het gebruik beweegt. Zodra onderdelen versnellen, vertragen, roteren of een wisselende beweging maken, veranderen ook de krachten die op de constructie inwerken. Een statische belasting is dan vaak niet voldoende om het werkelijke krachtenspel te beschrijven.
Dynamische berekeningen worden onder andere toegepast bij:
- roterende assen en aandrijvingen;
- tandwieloverbrengingen;
- ketting- en V-snaaraandrijvingen;
- hijs- en hefmechanismen;
- scharnierende constructies;
- robots en handling-systemen;
- nokkenmechanismen;
- bewegende machineonderdelen.
Door de krachten tijdens de volledige beweging te bepalen, ontstaat een realistisch uitgangspunt voor de daaropvolgende sterkteberekening. Hierdoor kan worden beoordeeld of onderdelen en verbindingen ook onder dynamische belasting voldoende sterk zijn.
De relatie tussen een dynamische berekening en een sterkteberekening
Een dynamische berekening en een sterkteberekening vullen elkaar aan, maar hebben ieder een eigen doel. Een dynamische berekening bepaalt welke krachten tijdens een beweging in onderdelen en verbindingen optreden. Een sterkteberekening bepaalt vervolgens wat deze krachten met het materiaal doen.
De berekende krachten kunnen rechtstreeks worden gebruikt als belasting voor een handmatige sterkteberekening of een FEM-analyse. Op basis daarvan worden de spanningen, vervormingen en veiligheidsfactoren berekend. Zo ontstaat een realistisch beeld van het werkelijke gedrag van de constructie tijdens het gebruik.
Bij moderne engineeringssoftware verloopt dit proces vaak volledig binnen één softwareomgeving. Eerst worden met een dynamische simulatie de krachten en reactiekrachten tijdens de beweging bepaald. Deze belastinggegevens kunnen vervolgens rechtstreeks worden overgenomen door een handmatige sterkteberekening of een FEM-programma, waarin de spanningen, vervormingen en veiligheidsfactoren worden berekend. Hierdoor sluiten beide berekeningen naadloos op elkaar aan.
Wisselende belastingen en materiaalvermoeiing
Een dynamische berekening is vaak de eerste stap bij het beoordelen van bewegende constructies. Niet alleen omdat de krachten tijdens de beweging veranderen, maar ook omdat deze belastingen zich vaak duizenden of zelfs miljoenen keren herhalen.
Iedere belastingwisseling veroorzaakt een verandering van de spanning in het materiaal. Afhankelijk van de aard van de belasting kan sprake zijn van wisselspanningen, zwelspanningen of sprongspanningen. Ook wanneer de maximale spanning ruim onder de vloeigrens van het materiaal blijft, kan een onderdeel na verloop van tijd alsnog bezwijken door materiaalvermoeiing.
Door eerst met een dynamische berekening de werkelijke belastingen tijdens de beweging vast te stellen, ontstaat een betrouwbare basis voor een sterkte- of vermoeiingsanalyse. Zo kan al in de ontwerpfase worden beoordeeld of een constructie niet alleen sterk genoeg is, maar ook bestand is tegen langdurige dynamische belasting.
Welke resultaten levert een dynamische berekening op?
Een dynamische berekening levert veel meer op dan alleen een overzicht van de krachten. Voor ieder moment van de beweging kan worden bepaald welke belastingen in onderdelen, verbindingen en opleggingen optreden. Hierdoor wordt direct zichtbaar welke situaties tijdens de bewegingscyclus het meest kritisch zijn.
Afhankelijk van de toepassing kunnen onder andere de volgende resultaten worden bepaald:
- krachten in onderdelen en verbindingen;
- reactiekrachten in lagers, scharnieren en opleggingen;
- aandrijfkrachten en aandrijfkoppels;
- versnellingen en vertragingen;
- verplaatsingen, snelheden en rotaties;
- tijdsafhankelijke grafieken van krachten, momenten en bewegingen.
Deze resultaten vormen niet alleen de basis voor een sterkteberekening, maar geven ook waardevolle inzichten tijdens het ontwerpproces. Door kritieke belastingen vroegtijdig te herkennen, kunnen onderdelen vaak doelgericht worden aangepast voordat een prototype wordt gebouwd.
Hoe wordt een dynamische berekening uitgevoerd?
Een dynamische berekening begint met een 3D-model van de constructie of machine. Aan dit model worden de massa’s, materiaaleigenschappen, verbindingen en bewegende onderdelen gekoppeld. Vervolgens worden de bewegingen gedefinieerd die tijdens het gebruik optreden, zoals aanloopversnellingen, afremvertragingen, roterende bewegingen en wisselende belastingen.
Tijdens de simulatie wordt de volledige bewegingscyclus op het beeldscherm weergegeven. De constructie of machine is daarbij daadwerkelijk in beweging te zien, terwijl ook de krachten continu worden weergegeven met veranderende kleurenschalen. Tegelijkertijd berekent de software welke krachten en reactiekrachten op ieder moment in onderdelen en verbindingen ontstaan. Zo wordt direct zichtbaar in welk onderdeel of welke zone en op welke momenten de hoogste belastingen optreden.
De tijdens de simulatie verzamelde belastinggegevens kunnen vervolgens rechtstreeks worden gebruikt voor een handmatige sterkteberekening of een FEM-analyse. Op deze manier ontstaat een betrouwbaar rekenmodel dat aansluit bij de werkelijke belasting tijdens het gebruik van de constructie of machine.
Hoe gaat u nu verder?
Een dynamische berekening geeft inzicht in de krachten die tijdens een beweging in een constructie of machine ontstaan. Deze belastinggegevens vormen een betrouwbare basis voor een handmatige sterkteberekening of een FEM-analyse, zodat de constructie niet alleen op statische maar ook op dynamische belastingen kan worden beoordeeld. Wilt u meer informatie over dit onderwerp?
➡️ Lees verder op pagina: Dynamiek
Heeft u nog vragen?
➡️ Neem gerust contact op, ik denk graag met u mee
Wilt u een offerte aanvragen?
➡️ Stuur uw aanvraag per e-mail, inclusief eventuele relevante bijlagen