Sterkteberekening, kent u die uitdrukking?
Om maar even in de woorden van Dominee Gremdaat (Paul Haenen) te spreken. Iedereen kent de uitdrukking sterkteberekening eigenlijk wel. Maar wat is het precies? Het woord zegt het al, berekenen van de sterkte. Maar, sterkte van wat en ten opzichte van wat? En waarom maken we eigenlijk sterkteberekeningen?
Als je een sterkteberekening maakt, dan doe je eigenlijk niets anders dan de uitkomsten van een som vergelijken met de uiterste waarden die wij met z’n allen min of meer hebben afgesproken. Die afgesproken uiterste waarden zijn bijvoorbeeld vastgelegd in de werktuigbouwkundige beginselen, sterkteleer en ook in normen en richtlijnen. Dus die afgesproken waarden zijn eigenlijk wel redelijk vaste gegevens en zijn dus ook als zodanig vindbaar en toepasbaar. Door nu de uitkomsten van de sterkteberekening-som te vergelijken met de uiterste waarden, dus met de maximum toegestane waarden, kan je daarna iets zeggen over de mate van veiligheid t.o.v. die uiterste waarde. Met andere woorden je kijkt simpelweg of je nog ruim voldoende onder de toelaatbare grenzen zit met je uitkomsten. Nou ja, simpel, was het maar zo. Uiteindelijk gaat het erom dat je de juiste gegevens in de computer stopt en de uitkomsten op de juiste wijze weet te interpreteren en te beoordelen. Maar daarover hebben we al eens geschreven op deze pagina
Voorbeelden van zulke uiterste waarden zijn onder andere:
elasticiteitsgrens de spanning waarbij het materiaal geheel terug veert na wegnemen van de belasting
0,2% rekgrens de spanning waarbij het materiaal 0,2% blijvend is vervormd na wegnemen van de belasting
treksterkte de hoogst mogelijke spanning voordat het materiaal breekt
maximum vervorming de vervorming waarbij een constructie of product voldoende goed blijft functioneren
Deze waarden zijn allemaal ergens te vinden of te berekenen middels formules of tabellen. Kortom, het vergelijkingsmateriaal is altijd op de een of andere manier wel ergens te verkrijgen
Maar hoe komen we aan de som?
Met andere woorden, hoe komen we aan de waarden die in onze constructie spelen. Welnu, dat kan dus met een sterkteberekening. Vroeger werden sterkteberekeningen handmatig uitgevoerd met behulp van tabellen, formules en rekenmachines. En daarvoor zelfs met de rekenliniaal. Een schets diende dan vaak als ondersteuning of visualisatie. Tegenwoordig gebruiken we de eindige elementen sterkteberekening methode. Ook wel afgekort als EEM eindige elementen methode. Andere benamingen zijn FEM Finite Element method en FEA Finite Element Analysis.
Er zijn tal van 
softwarepakketten.
Van betaalbaar, voor eenvoudige sterkteberekeningen tot heel dure, voor zeer complexe analyses. Maar één ding hebben ze gemeen en dat is dat de achterliggende oplossingsformules gebaseerd zijn op de klassieke sterkteleer theorieën die ook ten grondslag lagen bij het oplossen van de handmatige sterkteberekening vraagstukken destijds. Het verschil is echter dat een computer met eindige elementen methode software, de “som” razend snel kan oplossen. Niet alleen razendsnel maar ook preciezer daar waar we te maken hebben met ingewikkelde vormen. Bijvoorbeeld een vrachtautochassis, waarbij de draagbalk niet over z’n gehele lengte gelijk van doorsnede is. Of een staalconstructie als een bord vol spaghetti. Van zo iets een handmatige sterkteberekening maken is vrijwel ondoenlijk.
Voordelen van de eindige elementen methode
Het is preciezer, het is geschikt voor een brede toepassing en het is vele ma
len sneller. Daar komt nog bij dat iedereen, ook niet technici, zich wel een voorstelling kan maken van de resultaten van een EEM sterkteberekening. Met de bijbehorende kleurenlegenda’s is uit het geanalyseerde gekleurde model een redelijk beeld te krijgen over wat er aan de hand is. Uiteraard is dat iets anders dan wat de sterkteberekening-constructeur ermee doet. De constructeur maakt gedegen studie van de uitkomsten, gaat na waarom de resultaten zijn zoals ze zijn, vergelijkt deze met de afgesproken uiterste waarden en geeft uiteindelijk een oordeel over deze “som”. Daarna geeft hij eventueel advies voor verbetering van de sterkte of juist voor vermagering als de constructie veel te zwaar ontworpen is.
De uitdrukking sterkteberekening
Deze uitdrukking, die we dus allemaal wel kennen, betekent dus eigenlijk niet dat daarmee de sterkte van een constructie wordt berekend. Sterkte is namelijk een relatief begrip dat niet is uit te drukken in een getal of een maat. Wel is het zo dat, aan de hand van de veiligheidsmarge tussen uitkomsten en de uiterste waarden, iets te zeggen valt over de sterkte in termen van “onvoldoende tot ruim voldoende sterk”. Maar dat staat dus steeds in relatie tot de afgesproken maximum toelaatbare waarden of te wel de uiterste waarden.
Meer weten over sterkteberekeningen?
Lees dan hier verder