Sterkteleer … leuk ! Fs les 1 Inleiding A Fs·cos 71,6° B 2 kN DV C

Presentatie over: "Sterkteleer … leuk ! Fs les 1 Inleiding A Fs·cos 71,6° B 2 kN DV C"— Transcript van de presentatie:

1 Sterkteleer … leuk ! Fs les 1 Inleiding A Fs·cos 71,6° B 2 kN DV C
DH DV Fs·cos 71,6° Fs·sin 71,6° 740 400 280 Sterkteleer … leuk ! les 1 Inleiding les 1

2 voorkomen van falen voorbeelden
Waarom dit vak? voorkomen van falen voorbeelden breuk CD-doosje, bureaustoelen verbuigen slag in je wiel loslaten verbindingen meubels “uit de lijm” “lelijk worden” verkleuren, dof worden, krassen voorkomen van te slappe producten ergernis, gammelheid, afbreuk gebruiksgemak, imagoschade sterkteleer materiaalkunde, chemie les 1

3 Succesfactoren bij industriële gebruiksproducten
veiligheid milieu gebruiksgemak vormgeving functionaliteit marketing en promotie duurzaamheid prijs/prestatie-verhouding les 1

4 De drie belangrijkste sterkte-eigenschappen
Producten (constructies) moeten altijd Sterk genoeg zijn Stijf genoeg zijn Stabiel zijn Sterkte van een constructie De weerstand tegen breuk of blijvende vervorming Stijfheid van een constructie De weerstand tegen elastische vervorming Stabiliteit van een constructie De weerstand tegen knik (wordt later behandeld) les 1

5 Tijdelijke vervorming Blijvende vervorming = elastische vervorming
Onthouden! Tijdelijke vervorming Blijvende vervorming = elastische vervorming = plastische vervorming = “doorveren“ = “verbuigen” les 1

6 Sterkte Voorkomen van breuk: veiligheid Sterkte van een constructie
De weerstand tegen breuk of blijvende vervorming Voorkomen van breuk: veiligheid les 1

7 Sterkte Voorkomen van breuk: veiligheid duurzaamheid
Sterkte van een constructie De weerstand tegen breuk of blijvende vervorming Voorkomen van breuk: veiligheid duurzaamheid vermoeiingsbreuk in borstelverstelling van stofzuigermondstuk les 1

8 Sterkte Onvoldoende duurzaamheid leidt tot: kapitaalverlies
Sterkte van een constructie De weerstand tegen breuk of blijvende vervorming Onvoldoende duurzaamheid leidt tot: kapitaalverlies ergernis / schade merkimago milieuvervuiling les 1

9 Stijfheid Te slappe constructies: verminderen het gebruiksgemak
Stijfheid van een constructie De weerstand tegen elastische vervorming Te slappe constructies: verminderen het gebruiksgemak doen afbreuk aan kwaliteitsgevoel les 1

10 Stijfheid Te slappe constructies: verminderen het gebruiksgemak
Stijfheid van een constructie De weerstand tegen elastische vervorming Te slappe constructies: verminderen het gebruiksgemak doen afbreuk aan kwaliteitsgevoel maken het gebruik vermoeiender les 1

11 kg’s De prijs die je betaalt Meer materiaal levert meer sterkte
meer stijfheid meer stabiliteit … maar kost meer kilo’s! sterkte stijfheid stabiliteit kg’s les 1

12 Oefening: denken als gewichtseconoom
eikenhout Programma van eisen: benodigde uitsteeklengte 1,20 m er mag niet meer dan 14,4 kg eikenhout in verwerkt zijn Gevraagd: herontwerp de balk zodat hij stijver en sterker wordt maak een nette maatschets op A4 V = L x B x H (m) = 1,2 x 0,3 x 0,04 = 0,0144 m3 massa ca. 14,4 kg les 1

13 FEM-berekening les 1

14 Ontwerper als gewichtseconoom
Gewicht besparen betekent: verbetering van gebruiksgemak prestatie besparing van brandstof / energie materiaal bij (spuit)gietprocessen verpakking- en transportkosten les 1

15 Gewichtsbesparing bij spuitgietwerk
Dun wandig ontwerpen levert: materiaalbesparing (prijzen vanaf € 1 / kg granulaat) cyclus tijdverkorting les 1

16 Leonardo da Vinci eerste trekproeven les 1

17 eerste proeven met buiging
Galileo Galilei eerste proeven met buiging les 1

18 Kracht wordt gemeten in Newton (N) Kan bijvoorbeeld met een veerunster
1 Newton is de kracht die een voorwerp met een massa van 1 kg een versnelling geeft van 1 m/s2. kracht wordt voorgesteld door een vector (pijl) les 1

19 F a a Krachten Voor te stellen door een vector (=pijl)
Een kracht F heeft: een grootte, soms voorgesteld door zijn lengte een richting een aangrijpingspunt a werklijn van F F De denkbeeldige, oneindig lange lijn waarop een kracht ligt noem je zijn werklijn. Deze teken je meestal niet. a a Verplaatsen langs werklijn Een kracht mag je langs zijn werklijn verplaatsen, zonder dat zijn werking daardoor verandert. les 1

20 Trekstaaf Stel een staaf met een diameter van 5 mm breekt bij een belasting van 500 N. 500 N les 1

21 Bij welke belasting (kracht) breken twee parallelle staven?
Trekstaaf Bij welke belasting (kracht) breken twee parallelle staven? 1000 N les 1

22 Spanning 32 N 32 N les 1

23 Spanning 32 N 4 mm 32 N 4 mm les 1

24 Spanning 32 N 8 N (4x) 2 mm 2 mm les 1

25 Spanning 32 N 2 N (16x) 1 mm 1 mm les 1

26 1 mm 1 mm Spanning 32 N 2 N (16x) Spanning
Intensiteit van de inwendige krachten Kracht die op 1 mm2 van de doorsnede werkt Wanneer de spanning in het materiaal groter wordt dan de bezwijkspanning, zal het breken! Formule formule: heet “sigma” eenheid van spanning: N/mm2 = MPa les 1

27 Spanning hangt af van het vlak van de doorsnede
B 100 N 100 N A B A B 100 N 100 N B A les 1

28 Spanningen in een prismatische staaf
Een staaf die overal de dezelfde dwarsdoorsnede heeft noemen we in de sterkteleer een prismatische staaf. Deze staaf is dus niet-prismatisch. les 1

29 Deze waarde noemen we de treksterkte. Beter zou zijn “breekspanning”
Begrip treksterkte Een staaf gaat kapot wanneer de spanning een bepaalde waarde overschrijdt. Deze waarde noemen we de treksterkte. Beter zou zijn “breekspanning” engels: “ultimate stress” symbool: les 1

30 We noemen treksterkte daarom een materiaaleigenschap.
Begrip treksterkte De spanning waarbij een trekstaaf breekt heeft niets met de vorm (lengte, vorm en oppervlakte van de doorsnede) te maken, maar alleen met het materiaal We noemen treksterkte daarom een materiaaleigenschap. les 1

31 Treksterktes van enkele materialen
Ultimate strength (MPa)     Structural steel ASTM A36 steel 400 Steel, API 5L X65 (Fikret Mert Veral) 531 Steel, high strength alloy ASTM A514 760 Steel (AISI % carbon) Piano wire 2400 High density polyethylene (HDPE) 37 Polypropylene Stainless steel AISI Cold-rolled 860 Cast iron 4.5% C, ASTM A-48 200 Titanium alloy (6% Al, 4% V) 900 Aluminium alloy 2014-T6 455 Copper 99.9% Cu 220 Glass 50 (in compression) S-Glass 4710 Marble 15 Concrete 3 Carbon Fiber 5650 Spider silk 1200 UHMWPE fibers (Dyneema or Spectra) Pine Wood (parallel to grain) 40 Bone (limb) 130 Nylon, type 6/6 75 Rubber Carbon nanotube 62000 Carbon nanotube composites les 1

32 Berekening breekkracht / max. belasting
Hoeveel kan een staaf dragen als het materiaal bekend is? spanning: treksterkte “breekkracht” les 1

33 Berekening breekkracht / max. belasting
spanning: Geen breuk wanneer: les 1

34 Oefening 1 Kan deze auto opgehangen worden aan een rond kunststof staafje met een diameter van 20 mm? Materiaal: Terblend® N NG-02 | (ABS+PA6)-GF8 Datablad: zie website BASF Campus® m=855 kg les 1

35 Oefening 2 Een liftkooi van 500 kg hangt aan een massieve staalkabel met een lengte van 80 m en een diameter van 8 mm. de kabel is gemaakt van staal met een treksterkte van 360 MPa Hoeveel mensen van 70 kg kan de liftkooi dragen, wanneer we de spanning in de kabel tot maximaal 180 MPa willen laten oplopen? (dit noemen we de toelaatbare spanning) veiligheidsfactor of kortweg veiligheid veiligheidsmarge les 1

36 Keuze veiligheidsfactor n
De veiligheidsfactor bepaalt de ontwerper. De keuze wordt bepaald door: De onzekerheid in de te verwachten belasting De onzekerheid in de kwaliteit van het materiaal Mogelijkheid tot periodieke controle Wat staat er op het spel? Soms: wettelijke eisen (vliegtuigen, schepen) Wat zou de veiligheidsfactor van een vliegtuig zijn? les 1

37 Oefening 3 Een bar hangt aan 4 massieve staalkabels aan het plafond.
De bar weegt, inclusief alles, 400 kg. De kabels hangen aan stalen haken. Treksterkte staal is 200 MPa Wat voor ophanghaken moet ik gebruiken (welke diameter) wanneer ik een veiligheid van 3 wil aanhouden? les 1

38 Oorzaak van het ontstaan of veranderen van een beweging
Krachten Kracht Oorzaak van het ontstaan of veranderen van een beweging De eerste Wet van Newton: Wanneer op een voorwerp geen kracht wordt uitgeoefend zal: het stil blijven liggen (als het al stil lag) met constante snelheid blijven bewegen (als het al met constante snelheid bewoog) Anders gezegd: wanneer er op een voorwerp geen kracht wordt uitgeoefend zal het volharden in zijn bewegingstoestand. les 1