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 de opdrachtgever wil (laten) bouwen. Maar voor FEM zijn al die details, zoals lasnaden, boutgaten, kieren en spleten juist een obstakel. Maar ook alle andere details zoals ogen, lipjes en dergelijke voorzieningen zijn een sta in de weg voor FEM. Wanneer is het dan het juiste moment om een sterkteberekening te laten maken? En waar moet de door u aan te leveren informatie/data aan voldoen? Ons advies is altijd: neem zo vroeg mogelijk contact met ons op om te overleggen wat het meest wijze is in uw geval. 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.
Wat is er nodig voor FEM sterkteberekening
• een geschikt 3D rekenmodel
• de juiste materiaaleigenschappen
• definities van alle belastingen
• definities van de fixaties met de omgeving
• definities van de onderlinge contacten tussen de onderdelen en de kenmerken van die contacten
Soorten rekenmodellen
Sterkteberekeningen kunnen we toepassen op aan aantal verschillende typen constructies.
Grofweg onderscheiden we daarin 3 typen:
1 solid constructies
2 profielconstructies
3 plaatconstructies
1 Solid constructies, bijv.zware machines, gereedschappen, aandrijfassen en andere massieve zaken etc.
2 Profielconstructies, bijv.: vrachtautochassis, kraangieken, frames, ondersteuningconstructies e.d.
3 plaatwerkconstructies, bijv.: luchtkasten, druktanks, silo’s, scheepsrompen, carrosserieën e.d.
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 moet in ieder geval voldoen aan de volgende voorwaarden:
• het aantal onderdelen/parts moet beperkt blijven tot het hoog nodige
• geen of zo weinig mogelijk details die voor de berekening niet relevant 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 indien deze voor de sterkteberekening irrelevant zijn.
• geen bouten, schroeven en andere bevestigingsmiddelen, tenzij
deze juist wel van belang zijn of zelfs de essentie van de sterkteberekening vormen
• geen open naden, kieren, spleten of spelingen (nominale afmetingen)
• parts of onderdelen dienen allen zoveel mogelijk naadloos op elkaar aan te sluiten
• parts of 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.
• een rekenmodel is iets anders dan een CAD-model, keep it simple and stupid K.I.S.S.
Indien niet, of onvoldoende aan deze voorwaarden tegemoet wordt gekomen, dan kan het CAD-model onbruikbaar blijken voor FEM, of kan het gebeuren dat wij veel tijd en dus kosten moeten gaan steken in de optimalisatie van het CAD model, of in worst-case het rekenmodel geheel opnieuw moeten bouwen.
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
Materiaal eigenschappen
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 in 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
Fixaties 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 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 kunnen 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.
Ga naar het volgende onderwerp
Introductie FEM
Werking van FEM sterkteberekening
Nodig voor sterkteberekening hier bent u nu
Sterkteberekening en de valkuilen
Statica-berekening
Dynamica-berekening
Onze sterkteberekening tools
