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

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor, iedereen – ook niet technici – heeft er wel eens van gehoord waar het ging om een sterkteberekening. Maar wat is het eigenlijk en wat is eigenlijk het verschil tussen de veel gehoorde termen: sterkte en spanning? Als we het hebben over een sterk persoon, dan kan dat bijvoorbeeld iemand zijn die zware dingen kan optillen of heel goed is in bijvoorbeeld touwtrekken. Om dat te kunnen moet de beste man of vrouw wel voldoende kracht kunnen leveren. Zijn of haar spieren zijn dan letterlijk onderhevig een zekere mate van spanning. Maar wat is nu het verschil tussen het leveren van die kracht en het ondergaan van die spierspanning? Een kraan bijvoorbeeld, moet enerzijds voldoende hijskracht kunnen leveren en anderzijds mag deze niet bezwijken onder die last, maar voldoende weerstand daar tegen kunnen bieden.

Het verschil tussen sterkte, spanning en veiligheidsfactor

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor zijn drie verschillende begrippen, die echter wel met elkaar in verband staan. Je kan het misschien het beste vergelijken met een glas water. Sterkte is vergelijkbaar met totale inhoud van het glas. Het is de capaciteit van het glas. Spanning of stress is de hoeveelheid water die op een zeker moment in het glas zit. Het is de status van het glas. De veiligheidsfactor geeft de marge aan tussen de maximaal toegestane spanning en de maxilaal optredende spanning

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor

source: Georgia Institute of Technology, University of Georgia

Sterkte

De sterkte zegt dus iets over de maximum toelaatbare grens. In het geval van het glas is dat de bovenste rand. Zo’n grens kan in een sterkteberekening bijvoorbeeld de elasticiteitsgrens zijn. Die grens geeft de mate van spanning aan waarbij het materiaal na het wegnemen van de belasting nog net volledig tot z’n oorspronkelijke vorm terugkeert, en nog net niet blijvend vervormd is geraakt. Dit is de proportionaliteitsgrens. De volledig elastische vervorming neemt tot die grens dan evenredig toe met het verhogen van de spanning en weer evenredig af bij het verlagen van de spanning. Dit wordt ook wel het lineair gebied genoemd. Een andere grens is bijvoorbeeld de mate van spanning waarbij het materiaal breekt. Dat heet; de treksterkte of ook wel ultimate tensil stress UTS. Dit zijn dus diverse sterktes S of capaciteiten van een constructie op basis van een gekozen grens. Er zijn meerdere grenzen aan te wijzen. Op de afbeelding zien we nog een grens en dat is de elasticiteitsgrens, ook wel yield stress genoemd.

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor

source: Georgia Institute of Technology, University of Georgia

Spanning

De spanning daarentegen is de mate van kracht per oppervlak waaronder een constructie of onderdeel op zeker moment is belast. En dat zich vertaalt naar een spanning volgens σ = F/A. De spanning is het gevolg van de op het voorwerp uitgeoefende kracht verdeeld over een oppervlak.

Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor

source: wikipedia, mechanics


Veiligheidsfactor

Tussen de sterkte S en de spanning σ is een verhouding, of te wel een veiligheidsfactor V te berekenen.
V = S / σ  > 1
V moet tenminste groter zijn dan 1. Bij vliegtuigen bijvoorbeeld wordt V vaak gekozen zo rond de 2,5 á 3. De sterkte S is dan 2,5 tot 3 keer groter dan de maximum toelaatbare spanning σ. Bij liften bijvoorbeeld wordt wel een veiligheidsfactor van 8 of 9 gekozen. De keuze voor de minimum V is afhankelijk van onder andere:
– de risico’s en gevolgrisico’s (ernst)
– de mate van praktische ervaringen en kennis van de materiaaleigenschappen
– productieprocessen en diens invloeden op het materiaal
– de vereiste gewichtsbesparingen
– vaak worden veiligheidsfactoren ook in richtlijnen en/of normen geadviseerd of dwingend voorgeschreven

Tot zover het onderwerp: Sterkte, Spanning en Veiligheidsfactor

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.