Hoe bouw je een betrouwbare sterkteberekening op?

Sterkteberekening maken

Wil je uitleg over sterkteleer? Ga je beginnen met het maken van een sterkteberekening en wil je weten welke stappen daarvoor essentieel zijn, bekijk dan deze pagina en het stappenplan voor het maken van een statica- en sterkteberekening. Op deze pagina gaan we je laten zien hoe je door het volgen van het stappenplan een handige leidraad hebt voor het uitvoeren van een correcte sterkteberekening. Wil jij je verder verdiepen in de statica en sterkteleer zodat je zelf sterkteberekeningen leert maken? Volg dan een
3-daagse opleiding Statica en sterkteleer of
2-daagse cursus Sterkteleer-advanced.

Voorwaarde voor het gebruik van dit stappenplan

Voorwaarde voor het volgen van dit stappenplan is dat je constructie in rust is of met eenparige snelheid beweegt of roteert. Dit betekent dat er geen resulterende externe krachten en/of momenten op de constructie werken die leiden tot een versnelling of hoekversnelling van je constructie of een deel van je constructie. Mocht het wel zo zijn dat er versnellingen op kunnen treden, dan ben je genoodzaakt dynamische sterkteberekeningen uit te voeren.

Statica

Wat verstaan we onder de statica? Op elk voorwerp op aarde werken continu krachten. Dit kan één kracht zijn en er kunnen ook meerdere krachten tegelijk werken. Bijvoorbeeld: hier op aarde werkt in elk geval minimaal de zwaartekracht op elk lichaam dat een zekere massa heeft. Ook kunnen er één of meerdere momenten op een lichaam werken. Een voorwerp is alleen dan in rust, wanneer alle krachten en momenten die er op werken met elkaar in evenwicht zijn. We noemen dat een statische situatie. De statica bestudeert dergelijke situaties. Zodra alle externe krachten, momenten en eigengewichten van de onderdelen bekend zijn, kunnen we door zorgvuldig te rekenen aan statische situaties de inwendige krachten en momenten bepalen. De resultaten geven inzicht in wat er binnenin de constructie optreedt. Hieruit kunnen we spanningen afleiden. Dit kunnen diverse spanningen zijn, zoals trek-/druk spanningen, buigspanningen of schuifspanningen als gevolg van dwarskrachten en/of wringmomenten. Wil jij je verder verdiepen in de statica, volg dan de 3-daagse cursus Statica bij Inventas Trainingen voor Technici.

Sterkteleer

Veel constructies worden berekend op sterkte door middel van een sterkteberekening met de hand of met hulp van rekensoftware applicaties. Zodoende weten we of een constructie in staat is om alle krachten en momenten die erop werken te weerstaan zonder dat de constructie bezwijkt. Dit doen we met hulp van de rekenregels uit de sterkteleer. De sterkteleer omvat meer dan alleen de berekeningen aan statische situaties. Het kan nodig zijn om dynamische berekeningen te maken alvorens te kunnen bepalen of een constructie de externe belasting(en) aankan. Dit is bijvoorbeeld het geval bij schommelbelasting, wisselbelasting, piekbelasting en/of trillingen zoals in aardbevingsgebieden. Wil jij je verder verdiepen in de sterkteleer, volg dan de 3-daagse cursus Sterkteleer bij Inventas Trainingen voor Technici.

Veiligheidsfactor

Omdat je in je sterkteberekening een bepaalde mate van onzekerheid wilt uitsluiten, wordt er een veiligheidsfactor toegepast in de sterkteberekening. Vaak wordt een optredende spanning vermenigvuldigd met deze veiligheidsfactor alvorens de uitkomst te vergelijken met de toelaatbare spanning voor het materiaal. Steeds vaker zien we in de internationale wetgeving en normen dat de mogelijk-optredende externe belasting en eigengewichten worden vermenigvuldigd met een veiligheidsfactor. Deze staat dan in de norm vermeld en is veelal afhankelijk van de context, het gebruik, de toepassing en de aard van de belasting. Dus ook deze veiligheidsfactor zien we terug in de sterkteleer.

    

Sterkteberekening Stap 1

Bij de eerste stap voor je sterkteberekening is het van belang om goed naar de realistische situatie te kijken. Ben je daarbij bewust van alle externe- en interne belastingen die op je constructie werken. Is het werkelijk zo dat er geen versnellingen of hoekversnellingen optreden, dan heb je waarschijnlijk te maken met een statische situatie. Bij een statische situatie zijn alle krachten en momenten die op je constructie werken met elkaar in evenwicht.

Sterkteberekening Stap 2

Tweede stap die je dient te nemen is de context goed in acht te nemen; waarvoor is je constructie bestemd? Welk doel dient het? Welke wetgeving is van toepassing en welke (inter-)nationale normen zeggen iets over de eisen waaraan je constructie moet voldoen. Dit kunnen boundary conditions zijn zoals het juist aanbrengen van constraints en veiligheidsfactoren. Hijs- en hefmiddelen bijvoorbeeld vallen onder de Europese machinerichtlijn. In de onderhavige normen zijn speciale tabellen beschikbaar met veiligheidsfactoren, in grootte afhankelijk van de belastingsituatie.

Sterkteberekening Stap 3

Maak vervolgens een schematisering van je constructie; dit is het eerste model voor je sterkteberekening, waarbij je alle relevante informatie laat zien zoals alle externe- en interne belastingen die een rol spelen bij het krachten- en momentenevenwicht. Waarvoor is je constructie bestemd? Strip het probleem tot de essentie wanneer het complex is. Bepaal wat en waar je constructie vermoedelijk als eerste faalt. Belangrijk is om alle statische- en dynamische belastingen hierin mee te nemen. Dus ook de eigengewichten. Let goed op je randvoorwaarden. Fouten in sterkteberekeningen zijn vaak fouten in aangebrachte randvoorwaarden.

Sterkteberekening Stap 4

Volgende stap is het maken van een efficiënt VLS – Vrij Lichaam Schema. Kies het onderdeel in je constructie waarvan je de sterkte wilt bepalen en teken een efficiënt VLS. Een efficiënt VLS zal je met de minste moeite leiden naar de inwendige- krachten en momenten die je nodig hebt om optredende spanningen te berekenen. Bepaal ook je positieve richtingen en geef dit duidelijk weer in het door jou gekozen XYZ-coördinatenstelsel.

Sterkteberekening Stap 5

Nu je dit voorbereidend werk gedaan hebt kun je beginnen met het opstellen van de evenwichtsvergelijkingen. Voor het opstellen en oplossen van deze vergelijkingen is het handig om de formules uit de goniometrie te beheersen. Aan het rekenen met deze formules wordt eveneens aandacht besteed tijdens de training Rekenen voor Constructeurs en de training Statica en Sterkteleer van Inventas Training voor Technici. Aan evenwichtsvergelijkingen heb je voldoende voor een (inwendig) statisch bepaalde constructie. Is de constructie overbepaald, dan zijn ook compatibiliteitsvergelijkingen nodig.

Sterkteberekening Stap 6

De uitkomsten van de evenwichtsvergelijkingen kun je op diverse manieren in beeld brengen. Microsoft Excel is een handig tool hiervoor. Ook met behulp van PTC Mathcad kun je de uitkomsten helder inzichtelijk maken. Zet de inwendige krachten en momenten uit langs de verschillende gekozen assen X,Y, en Z in je orthogonale coördinatenstelsel. Houd er rekening mee dat de formules die je gebruikt gelden voor het gebruik in je (geschematiseerde) constructie. Bijvoorbeeld het gebruik van lineaire vergelijkingen veronderstelt kleine verplaatsingen en lineair materiaal gedrag.

Sterkteberekening Stap 7

Bepaal nu waar de grootste inwendige spanningen optreden in je constructie als gevolg van krachten en momenten. Samen met de inwendige krachten en momenten bepaalt de geometrie van je constructie of onderdeel uiteindelijk de optredende spanningen. Tijdens de training besteden we aandacht aan het berekenen van de zogenaamde ‘ideële spanningen’ die een gevolg zijn van combinaties van trek-/ drukspanningen, buigspanningen en schuifspanningen als gevolg van dwarskrachten en wringmomenten.

Sterkteberekening Stap 8

Zodra je dit hebt gedaan ga je aan de slag met het materiaal waarvan je constructie gemaakt is of gemaakt zal worden. De keuze hiervan bepaalt de toelaatbare spanningen in je constructie. Je bent nu dichtbij de conclusie van je sterkteberekening. Namelijk of jouw constructie alle belasting aankan die er op zou kunnen werken, zowel de nominale belasting die te verwachten valt als ongewenste belastingen bijvoorbeeld als gevolg van piekkrachten en/of -momenten, die je al eerder in je stappenplan hebt meegenomen, namelijk bij de juiste keuze van de boundary conditions.

Sterkteberekening Stap 9

Voordat je de conclusie gaat trekken of je constructie sterk genoeg is, ga je de door jou zelf gevonden uitkomsten van je sterkteberekening vergelijken met soortgelijke sterkteberekeningen en uitkomsten, praktijkoplossingen die zich bewezen hebben. Doe nog eens een dimensiecheck en verifieer dat je er zeker geen factor naast zit. (Een uitkomst die een factor 10 of zelfs 1000 anders uitvalt dan hetgeen juist is, dat zien we in de praktijk nog wel eens optreden) Zie je bijvoorbeeld overal in een vergelijkbare praktijk HE-240 balken en jouw uitkomsten laten zien dat een HE-100 ook sterk genoeg is, ga dan nogmaals je hele berekening na.

Sterkteberekening Stap 10

Eindcontrole; laat jouw sterkteberekening altijd controleren door een deskundige met kennis van zaken op dit gebied. Dat kan een collega zijn of een externe deskundige. Je kunt ons ook altijd vragen om met je mee te denken of een training volgen zodat je zelf leert om correcte sterkteberekeningen te maken.

Conclusie

Ongeacht of je nu een handmatige sterkteberekening wilt maken of met hulp van FEM (-software) gaat rekenen aan sterkte, de juiste aandacht voor het maken van correcte keuzes bij alle stappen die je doorloopt blijft van groot belang.

Handig overzicht

Een handig overzicht van de te volgen stappen vind je in de leaflet die je hieronder gratis kunt downloaden. Wel graag even registreren zodat we weten wie we allemaal met dit overzicht hebben geholpen.

 

    

Meer weten?

Misschien wil je meer weten over de statica of over sterkteberekeningen of wil je je verder bekwamen in dit vak. Mogelijk heb je interesse om hierin een cursus of training te volgen. Meer informatie hierover en de mogelijkheid om je hiervoor in te schrijven vind je hier: training statica en sterkteleer.

Terug naar begin

Deelnemen aan deze cursus?

Voor de training Statica en sterkteleer kun je je individueel inschrijven door op onderstaande link te klikken. Deze training wordt ook in-company op maat verzorgd. Informeer vrijblijvend naar de opties en prijzen.

040 – 303 46 94
Maandag t/m vrijdag: 08:30 – 17:30