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

Nodig voor een sterkteberekening

Wat is er nodig voor sterkteberekening (FEM, FEA)

  een beschrijving van de functie of werking van het object
  een geschikt 3D CAD model (bij voorkeur STEP)
  een opgave van toegepaste materialen
 een opgave van alle belastingen
  een opgave van de eventuele verbindingen met de omgeving
  indien mogelijk, de onderlinge contacten tussen de onderdelen en kenmerken van die contacten


Het 3D CAD model moet in ieder geval voldoen aan de volgende voorwaarden:

• een rekenmodel is iets anders dan een CAD-model, keep it simple and stupid K.I.S.S.
• het aantal onderdelen/parts moet beperkt blijven tot het hoog nodige
• geen details die voor de berekening van niet belang zijn
• dus geen oogjes, beugeltjes, piefjes, pafjes en andere pukkeltjes die voor sterkteberekening niet van belang zijn
• geen lege lasnaden of vooropeningen
• geen gaten of sparingen die voor de sterkteberekening niet van belang zijn.
• geen bouten, schroeven en andere bevestigingsmiddelen, tenzij deze juist wel van belang zijn of zelfs de essentie van de sterkteberekening vormen
• geen naden, kieren, spleten of spelingen (nominale afmetingen)
• onderdelen dienen allen zoveel mogelijk naadloos op elkaar aan te sluiten
• onderdelen mogen niet in elkaar steken (geen interferenties)
• bij het maken van een 3D-CAD model voor FEM, dient steeds simpel en rechttoe rechtaan te worden gedacht.
• tenslotte, lever het model aan bij voorkeur in STEP formaat

Als er niet (voldoende) aan deze voorwaarden tegemoet wordt gekomen, dan kan het CAD-model onbruikbaar blijken voor FEM, of kan het zijn dat wij extra kosten moeten maken voor het geschikt maken van het CAD model, of in worst-case het rekenmodel geheel opnieuw moeten bouwen.


Het beste moment om een 3D model aan te leveren

Vaak worden er sterkteberekening gewenst van iets waarvan het ontwerp al nagenoeg uitgedetailleerd is. Of het product zelfs al in de maak is. Het probleem wat wij dan vaak zien is dat zo’n ver gevorderd ontwerp dan veel details bevat. Dat is logisch, want U wilt (laten) bouwen. Maar voor een sterkteberekening zijn al die details, zoals genoemd, een obstakel. Wanneer is het dan het juiste moment om een sterkteberekening te laten maken? Ons advies is altijd: neem zo vroeg mogelijk contact met ons voor overleg. 


Meer weten over sterkteberekeningen?

Mocht u alvast meer willen weten, dan volgt hieronder verdere specifieke informatie over zaken waarmee u allemaal rekening moet houden bij het laten maken van een sterkteberekening. Verder zijn er onder dit hoofdstuk diverse andere specifieke pagina’s te vinden over de achtergrond en werking van FEM-sterkteberekening methoden.


Soorten 3D modellen voor sterkteberekening

Sterkteberekeningen kunnen we toepassen op aan aantal verschillende typen constructies.
Grofweg onderscheiden we daarin 3 typen:
solid constructies
2  profielconstructies
3  plaatconstructies

1  Solid constructies, bijv.zware machines, gereedschappen, aandrijfassen en andere massieve zaken etc.
9 hydraulische cilinders van elk 30cm doorsnede, leveren totaal 1200 ton perskracht, welke nodig is om de stempelgangen te k  Sterkteberekeningen Uiteraard moet die 1200 ton worden opgevangen door het frame, zonder te bezwijken. Dit frame doorrekenen op sterkte en stijfheid was dan ook bepaald geen overbodige luxe.  Van de complete machine zijn daartoe FEM sterkteberekeningen gemaakt. Op basis van deze sterkteberekening uitkomsten zijn de materiaalvolumes en de definitieve constructie gekozen.
2  Profielconstructies, bijv.: vrachtautochassis, kraangieken, frames, ondersteuningconstructies e.d.

dieplader  FEM sterkteberekening dieplader
3  plaatwerkconstructies, bijv.: luchtkasten, druktanks, silo’s, scheepsrompen, carrosserieën  e.d.
FEM plaatwerk constructies  thin body's plate elements

plate elements  plaatwerk FEM
Voor elk van dit type constructie is een specifieke sterkteberekening aanpak vereist. Het houdt verband met het type uitgangsmateriaal van de constructie, wat dan weer bepalend is voor het elementtype waarin de constructie wordt opgedeeld en wordt doorgerekend


Een rekenmodel kan op 2 manieren tot stand komen

1  U levert een 3D Inventor, SolidWorks, ProEngineer, Catia of STEP-bestand aan,
wij controleren deze op bruikbaarheid en optimaliseren deze zo nodig/mogelijk tot rekenmodel.
Met Inventor en STEP bestanden hebben wij de beste ervaringen qua bruikbaarheid.
2  U levert een tekening of schets, wij maken op basis daarvan een compleet rekenmodel

Als u een bestand aanlevert, anders dan Inventor, dan gaan de materiaaltoekenningen niet mee. Bij een Inventorbestand kunnen de materiaaltoekenningen wel mee, maar de eigenschappen moeten dan wel goed zijn gedefinieerd. Materiaaleigenschappen die tenminste gedefinieerd moeten worden zijn:
de soortelijke massa (g/cm^3)
 de treksterkte (de spanning waarbij breuk optreedt MPa)
 de vloeigrens (de spanning waarbij het materiaal niet langer lineair rekt, maar gaat vloeien MPa) of
 de 0,2% rekgrens (de spanning waarbij na wegnemen van de spanning er 0,2% rek blijft bestaan MPa)
 de elasticiteitsmodulus (relatie tussen spanning en de rek MPa / GPa)
 poisson-factor (de verhouding van het dunner/dikker worden van een lichaam t.o.v. de verlenging/verkorting van
dat lichaam als aan dat lichaam wordt getrokken/geduwd [verhoudingsgetal]


De belastingen

Dit kan bijvoorbeeld zijn: een hijslast, een dakbelasting, een aandrijfkoppel, een vervoerslast, een trilling, een winddruk, kortom alles wat van buitenaf komt. Van deze belastingen dienen alle ins en outs bekend te zijn. Soms moeten deze worden gedefinieerd volgens een wettelijke richtlijn, bijvoorbeeld een machinerichtlijn of richtlijn voor hijsinrichtingen. Wij kunnen u daar uiteraard bij helpen of het compleet voor u uitzoeken


Verbindingen met de omgeving

Een werktuigbouwkundige object of een constructie is nooit vrij zwevend in de ruimte.
Het is altijd met iets verbonden. Dat kan bijvoorbeeld zijn:
de bodem, een vloer of een fundatie
een muur of een aangrenzende staalconstructie
 een machine of motor
 een gereedschap of werktuig
Zo’n verbinding kan dan oneindig stijf tot tamelijk slap zijn. Dit moet u dan duidelijk kunnen aangeven in [N/mm] maar wij kunnen u daar ook bij adviseren natuurlijk


Onderlinge contacten tussen de onderdelen

Vaak bestaat een product uit meerdere onderdelen. Deze onderdelen maken bijna altijd op een of andere wijze contact met elkaar en brengen vaak krachten en koppels over van het ene deel naar het andere deel. Een contact kan diverse eigenschappen hebben, bijvoorbeeld:
volledig star (rigide) vast in alle richtingen (bijv. lasverbinding)
• vast onder bepaalde flexibiliteit/stijfheid (bijv. bout of klinkverbinding)
vast in bepaalde richting(en) (bijv. spie in spiebaan)
• vast onder voorspanning (bijv. krimpverbinding)
schuivend (bijv. vrij rustend van het ene deel op het ander deel)
roterend (bijv. glijdlager, scharnier etc.)
verend volgens een bepaalde veerconstante
Zo’n contacteigenschap is altijd van invloed op het krachtenspel en het spanningsbeeld. Het is dus belangrijk dat we voldoende te weten komen over de functie of kenmerken van de onderdelen van een machine of apparaat. Contacten moeten soms worden gedefinieerd volgens een wettelijke richtlijn. Hierbij kunnen wij u uiteraard helpen of het geheel voor u uitzoeken.


Samengevat

Uit bovenstaande blijkt wel dat niet ieder willekeurig 3D CAD bestand zomaar (rechtstreeks) bruikbaar is als rekenmodel. Een rekenmodel moet aan een flink aantal eisen voldoen om te kunnen worden doorgerekend. Hoe meer uw bestand rechtstreeks bruikbaar is als rekenmodel, des te prijsgunstiger wordt de sterkteberekening natuurlijk. Optimaliseren van uw bestand tot rekenmodel kan in principe goed, maar er is een zeker break-evenpoint waarna het prijsgunstiger uitpakt als we het rekenmodel geheel vanaf nul opbouwen i.p.v. vele modificaties plegen op uw bestand.


terug naar homepage