Met een sterkteberekening wordt wetenschappelijk aangetoond of een constructie, product of onderdeel al dan niet voldoende sterk is
voor zowel de korte als lange termijn.
Een sterkteberekening wordt in de eerste plaats gemaakt om de veiligheid voor mens en dier te waarborgen.
Immers in geval van bezwijken kan er letsel of erger ontstaan.
Daarnaast draagt voldoende sterkte bij aan de kwaliteit van een product.
In de Europese en nationale wetgeving wordt voor veel producten geëist dat de veiligheid wetenschappelijk wordt aangetoond. Zo is er voor
machines de machinerichtlijn ontworpen. Voor drukketels en drukvaten de PED richtlijn (Pressure Equipment Directive) ontworpen.
En zo zijn er per productgroep richtlijnen en normen gemaakt. In deze wettelijk verplicht te volgen richtlijnen is onder andere beschreven
hoe een product moet worden ontworpen en vervaardigd. Maar ook hoe de bijbehorende sterkteberekeningen dienen te worden uitgevoerd,
en/of wordt er doorverwezen naar meer gedetailleerde normen.
Er wordt berekend welke marge er bestaat tussen enerzijds wat een object in worst case te verduren krijgt en anderzijds wat het materiaal van
het object maximaal kan verdragen. Dit wordt dan uitgedrukt in een veiligheidsfactor V. Dus V2 = 2x sterker dan de uiterste draagkracht.
Wij kunnen helaas nooit 100% zekerheid geven. Dit omdat in een geval van bezwijken nimmer bekend is of de werkelijke belastingsituatie
overeenkomt met de belastingsituatie die bij de analyse werd aangenomen. Hierbij valt te denken aan stevigheid en bewegelijkheid van. o.a.:
ondergrond, aangrenzende constructies, belastingkarakteristiek, trillingen, juiste materiaal gebruik, de kwaliteit en maatvoering, de verbindingen,
het gebruik en het oneigenlijk gebruik, etc. Uiteraard is de kans op bezwijken na een sterkteberekening die voldoende sterkte heeft aangetoond,
wel vele malen kleiner.
Deze vraag is zeker van belang als het gaat om producten waarbij in geval van bezwijken letsel risico of erger bestaat.
Daarom worden sterkteberekeningen van bijvoorbeeld hijskranen, drukvaten, en andere gevaarlijke machines en apparaten vaak extra
gecontroleerd met een daadwerkelijke fysiek beproeving. Voor de belastinggrootte wordt dan uitgegaan van de belastingen die ook in de
sterkteberekening zijn aangenomen. Hier is dus sprake van een doublecheck, theorie en praktijk. Hiermee is de kans op bezwijken nog weer
verder verkleind. In een eventueel onverhoopt geschil staat sterker met uw sterkteberekeningsrapport en en beproevingsverslag.
Immers daarmee toont u aan dat u al het mogelijke heeft gedaan om de veiligheid te bevorderen.
Een sterkteberekening is geldig zolang deze de lading dekt en een eventuele regelgeving op dat punt niet is gewijzigd.
Als u uw apparaat na sterkteberekening verandert, dan kan het zijn dat de sterkteberekening niet meer overeenkomt met de werkelijkheid.
Ook kunnen regels veranderen. Als de wetgever op een dag vindt dat de veiligheidsfactor voor een bepaald drukvat omhoog moet,
dan is de sterkteberekening misschien ook niet meer geldig.
De sterkteberekeningen kunnen in 2 hoofdgroepen worden onderverdeeld, namelijk statische en dynamische sterkteberekeningen.
Het onderscheid zit hem in het karakter van de belasting.
Gaat het om een continue en onveranderlijk (statisch) belasting of juist om een wisselende en veranderlijke belasting (dynamisch).
Dat maakt het onderscheid.
Dat ligt er aan wat voor soort constructie of product u heeft. Als het gaat om machines dan wilt u misschien weten of een bepaald bewegend
onderdeel in die machine lang genoeg meegaat. En niet voortijdig bezwijkt. Maar ook wanneer het moet worden vervangen.
U heeft dan een dynamische sterkteberekening nodig. Als het gaat om een stilstaande ondersteunende constructie,
dan heeft u genoeg aan een statische sterkteberekening.
Statische sterkteberekeningen worden uitgevoerd voor stilstaande objecten, constructies, producten, onderdelen etc. die continue
onveranderlijk worden belast. Denk aan eigen gewicht, ondersteuningsconstructies. We spreken dan van een statische belasting.
Dynamische sterkteberekeningen daarentegen worden uitgevoerd voor objecten, constructies, producten, onderdelen die onderhevig zijn aan
beweging (trilling) door aandrijfmotoren of door menskracht in beweging gezet of gehouden. Maar ook weer stilstaande objecten die
bijvoorbeeld onderhevig zijn aan windkracht en daardoor wisselende belasting ondervinden. Voor beide gevallen zijn de belastingen,
dus zowel de statische als de dynamische belasting, te verdelen in een aantal belastingtypen
Een uitwendige belasting maar ook het eigengewicht, resulteren altijd in een inwendige materiaalspanning.
– trek en druk resulteert in een normaal spanning loodrecht op het breukvlak
– afschuiving en torsie resulteert in een dwarsspanning evenwijdig aan of langs het afschuifvlak
– doorbuiging resulteert in trek en drukspanning (normaal) en vaak ook afschuifspanning (dwarsspanning)
Bezwijken kan in grote lijnen op 2 manieren verlopen.
– taaibreuk (ductile) voorafgaand aan zeer grote vervorming en uitrekken met uiteindelijk afscheuren of instorten
– brosbreuk (brittle) voorafgaand aan zeer kleine vervorming, weinig rek met plotselinge breuk (afknappen met een knal)
Een eventueel bezwijken kan diverse oorzaken hebben zoals :
-breuksterkte overschrijding
-hoge statische overbelasting waarbij de spanning in zowel taai als bros materiaal
bij aanvang meteen al over de uiterste breuksterkte of afschuifsterkte gaat.
vermoeiing
Relatief lage dynamische of trillende belasting met als gevolg daarvan eerst
langzame scheurvorming/groei met op den duur uiteindelijk een plotselinge
breuk (afknappen). Dit heet vermoeiing. De veroorzakende spanning die
vermoeiing in gang zet kan veel lager liggen dan de uiterste breuksterkte van het
materiaal. Hoe brosser het materiaal des te gevoeliger voor vermoeiing.
Kruip
Relatief lage statische belasting, daardoor steeds meer vervorming of uitrekken over zeer lange tijd met uiteindelijk breuk.
Dit heet kruip.
De veroorzakende spanning die dit kruipen veroorzaakt kan veel lager liggen dan de uiterste breuksterkte van het materiaal.
taai-bros-transitie
brosbreuk door verandering van taai naar bros door invloeden als koude,
warmte inbreng zoals bijv. lassen met te snelle afkoeling, oppervlaktebehandeling zoals bijv. verzinken
Knikinstabiliteit
zoals bijvoorbeeld in verticale op druk belaste kolommen of staanders.
De veroorzakende spanning die dit knikken veroorzaakt kan bij slanke kolommen
veel lager liggen dan de uiterste druksterkte van het materiaal.
kip-instabiliteit
zoals bijv. in horizontale stalen liggers die verticaal op buiging worden belast en ten gevolge van de te geringe horizontale stabiliteit,
zijdelings gaan uitknikken en/of torderen om de lengte-as. De veroorzakende
spanning die dit kippen veroorzaakt kan bij hoge liggers veel lager zijn dan de
uiterste buigspanning van het materiaal.
Wij kunnen alle sterkteberekeningen maken voor de hiervoor genoemde bezwijkoorzaken. We berekenen en toetsen dan of een object,
constructie, product of onderdeel wel of niet zal bezwijken ten gevolge van het specifieke bezwijkmechanisme. En welke minimum
veiligheidsmarge het object heeft ten opzichte van de uiterste waarde voor dat bezwijkmechanisme
Materialen zijn in 2 hoofdgroepen te onderscheiden: materialen die de wet van Hook wel volgen en materialen die de wet van Hook niet volgen.
De eerste noemen we lineair, bijvoorbeeld metalen. De rek is bij veel metalen tot op zekere hoogte geproportioneerd aan de inwendige
materiaalspanning. En de tweede noemen we non-lineair, bijvoorbeeld kunststoffen. De rek loopt dan niet proportioneel op met het stijgen van
de spanning. LARA Engineering kan lineaire en non-lineaire materialen doorrekenen.
– Massieve constructies, zware machines zoals persen, gereedschappen, aandrijfassen en andere zware massieve zaken.
– Relatief dunne plaatwerk constructies zoals luchtkasten, druktanks, silo’s, scheepsrompen, carrosserieën e.d.
– Profielconstructies, zoals vrachtautochassis, kraangieken, frames, ondersteuningconstructies e.d.
– Werktuigbouwkundige componenten zoals: Tandwielen, lagers, kettingen, riemen, assen, cilinders e.d.
– bout-moer en andere schroefverbindingen
– Werktuigbouwkundige verbindingen zoals pennen, clips, spie etc.
– Lasverbindingen
– Pers-, krimp- en andere klemverbindingen