Hoe contactcorrosie ontstaat

Metalen hebben de neiging om terug te transformeren naar de oorspronkelijke ertsvorm. Dit zijn voornamelijk oxides. Bij ijzer is dit ijzeroxide, het welbekende “roest”. Het oxidatieproces treedt op als de metalen in aanraking komen met een elektrolyt. Een elektrolyt is meestal een zoutoplossing (zout opgelost in water). Door het elektrolyt kan een elektrische stroom van het ene metaal naar het andere metaal lopen. Hierin fungeert het metaal die de stroom “levert” als anode. Het metaal die de stroom ontvangt is de kathode.

Verschil in potentiaal

Om te kunnen voorspellen of en hoe contact corrosie zal optreden, moet gekeken worden naar het verschil in potentiaal. Edele metalen hebben een hoog potentiaal. Zij zijn daarom minder vatbaar voor contact corrosie. Onedele metalen hebben een laag potentiaal. Zij zijn meer vatbaar voor contact corrosie. Onderstaande tabel laat de verschillen in potentiaal zien:

*Bovenstaande waarden zijn een benadering en kunnen afwijken, onder andere door de materiaalsamenstelling.

Belangrijke factoren

Het verschil in metaalsoorten is niet de enige factor die corrosie versnelt of vertraagt. Ook omgevingsomstandigheden hebben een grote invloed op dat proces.

• Vochtigheid van de omgeving.
  Met name zoutoplossingen geleiden goed (zeeklimaat). Zie ook het punt hieronder.
• Weerstand van elektrolyt.
  Hoe lager de weerstand, hoe sneller de corrosie verloopt.
• Metaalsoort.
  Potentiaalverschillen zeggen niet alles. Zo gaan RVS 316 en aluminium relatief goed samen, ondanks het grote potentiaalverschil.
• Oppervlaktegrootte van kathode en anode.
  Als het edele metaal qua oppervlakte significant kleiner is dan dat van het onedele metaal, zal corrosie niet of nauwelijks optreden.

Ontwerpen met contactcorrosie

Contactcorrosie is een belangrijke factor om rekening mee te houden in een ontwerp. Het heeft namelijk invloed op sterkte, levensduur en uiterlijk van een product. Als het noodzakelijk is om verschillende metalen te gebruiken in een constructie, kunnen deze gescheiden worden. Dit heet galvanische scheiding. Logischerwijs gebruik je daar een isolator voor. Contact corrosie kan echter ook nuttig worden ingezet. Zo kunnen corroderende metalen worden gebruikt om andere metalen te beschermen.

Het bericht Contactcorrosie en galvanische scheiding verscheen eerst op Roy Bosch.

Schuifwrijving

Als mensen het hebben over wrijvingskracht berekenen, hebben ze het meestal over schuifwrijving. Bij het berekenen van de schuifwrijvingskracht bereken je de kracht die je nodig hebt om een voorwerp over een oppervlak te verschuiven. Dat betekent dat het object niet beweegt (schuift) totdat die kracht bereikt is. Hierbij zijn drie factoren van belang:

1. De normaalkracht op het voorwerp;
2. Het materiaal van het voorwerp;
3. Het materiaal van de  ondergrond.

Het materiaal van het voorwerp en van de ondergrond wordt verwerkt tot een wrijvingscoëfficiënt die in de meeste gevallen gewoon op te zoeken is. Een lage wrijvingscoëfficiënt betekent doorgaans dat een oppervlak glad is. Een hoge wrijvingscoëfficiënt betekent dat een oppervlak meer weerstand geeft tegen schuifkrachten.

De formule van schuifwrijving

Met onderstaande formule kun je schuif wrijvingskracht berekenen:

F_w = Wrijvingskracht [N]

µ = Wrijvingscoëfficiënt [zonder eenheid]

F_n = Normaalkracht [N]

Je ziet dat de wrijvingskracht direct afhangt van de normaalkracht en de wrijvingscoëfficiënt. De normaalkracht is de kracht loodrecht op het schuifoppervlak. Vaak wordt de normaalkracht veroorzaakt door het eigen gewicht van het te verschuiven voorwerp. De formule vertelt het volgende:

• Bij eenzelfde normaalkracht (gewicht) is de wrijvingskracht lager bij materialen met een lage wrijvingscoëfficiënt. Voorbeeld: Op ijs (lage coëfficiënt) glijd je makkelijker weg dan op asfalt (hoge coëfficiënt).
• Bij eenzelfde wrijvingscoëfficiënt is de wrijvingskracht lager bij voorwerpen met een lager gewicht. Voorbeeld: Een zware zeecontainer verschuiven over straat kost meer kracht dan een kleine dobbelsteen.

Let op: Als gevraagd wordt naar de benodigde kracht om een voorwerp te verschuiven (schuifkracht), is dat altijd een kracht tegenovergesteld aan de wrijvingskracht. De wrijvingskracht werkt de schuifkracht tegen. Als de schuifkracht groter is dan de wrijvingskracht, zal het voorwerp schuiven.

Statische- en dynamische wrijvingscoëfficiënten

Voor een juiste berekening dien je rekening te houden met twee soorten wrijvingscoëfficiënten: de statische en dynamische wrijvingscoëfficiënt. Bij de meeste contactoppervlakten is het zo dat de wrijvingscoëfficiënt omlaag gaat als het object verschuift. Zolang het object nog niet beweegt gebruik je de statische wrijvingscoëfficiënt. Op het moment dat het object begint de verschuiven zul je zien dat de benodigde kracht om het voorwerp te blijven verschuiven (= wrijvingskracht) omlaag gaat. Op dat moment gebruik je de dynamische wrijvingscoëfficiënt.

Tabel met wrijvingscoëfficiënten

In onderstaande tabel kun je een aantal wrijvingscoëfficiënten vinden. Let op, de genoemde waarden zijn een benadering. Oneffenheden in het materiaaloppervlak, verschillen in de materiaalsamenstelling, deeltjes tussen het schuifoppervlak en nog vele andere effecten kunnen de waarden verhogen of verlagen.

Rolwrijving

Voor rolwrijving geldt een andere theorie. Daarover is een artikel in de maak.

Het bericht Wrijvingskracht berekenen verscheen eerst op Roy Bosch.

1. MatMatch

https://matmatch.com/

MatMatch is een gratis materiaaleigenschappen database met de focus op echt bestaande toepassingen. Leveranciers kunnen producten toevoegen, inclusief alle materiaaleigenschappen. Engineers kunnen vervolgens zoeken op deze eigenschappen, maar ook op vorm en toepassing. Tevens kunnen er grenzen worden opgegeven voor de specifieke materiaaleigenschappen. Als de ontwerper de juiste materialen gevonden heeft kan er direct contact worden opgenomen met de leverancier.

2. Make It From

https://www.makeitfrom.com/

Nog een gratis materiaaleigenschappen database die eenvoudig is in gebruik. In deze database gaat het om fictieve, gemiddelde materiaaleigenschappen. De materialen zijn niet te filteren op toepassing

3. MatDat

https://www.matdat.com/Dashboard/Search.aspx

Qua beschikbare data is MatDat te vergelijken met de andere databases. Als gevolg daarvan dwingt de relatief ingewikkelde zoekfunctie je wel te weten waar je naar zoekt. Ook zijn niet alle gegevens gratis beschikbaar. MatDat heeft dus voordelen, maar kan ook frustreren als precies datgene waar je naar zoekt achter een betaaldrempel staat.

4. MatWeb

http://www.matweb.com/index.aspx

Hoewel de website er verouderd uitziet, kan MatWeb toch best interessant zijn voor je. Je kunt zoeken op materialen en eigenschappen, maar ook op leveranciers. Even rond klikken leert je algauw dat de website vol zit met gratis informatie.

Ken je nog meer gratis materiaaleigenschappen databases die nog niet in de lijst staan? Neem dan alsjeblieft contact op!

Het bericht Gratis materiaaleigenschappen database verscheen eerst op Roy Bosch.

De verschillende interne spanningen

De interne spanningen kunnen in twee groepen worden verdeeld: normaalspanning (normal stress) en schuifspanning (shear stress). Normaalspanning werkt loodrecht op een oppervlak en wordt aangegeven met een kleine letter sigma [σ]. Schuifspanning werkt langs een oppervlak en wordt aangegeven met een kleine letter tau [τ].

Het blokje hierboven zul je in dit artikel nog vaker tegen gaan komen. Dit komt namelijk tot stand door een uitsnede te maken in een product op de plek(ken) waar de hoogste spanningen worden verwacht. Daarover later meer, want de normaalspanningen en schuifspanningen kunnen ook weer worden onderverdeeld in verschillende soorten. Deze soorten hebben te maken met de effecten die de spanningen veroorzaken.

Normaalspanningen kunnen bijvoorbeeld door trek- en drukbelastingen worden veroorzaakt (krachten loodrecht op het oppervlak), maar ook door buiging (momenten):

In bovenstaande afbeeldingen kun je zien dat de normaalspanningen niet overal gelijk zijn. Tenzij je een onderdeel alleen belast op trek- of druk. Dit geeft namelijk wel een uniforme verdeling van de normaalspanning. Bij een buigmoment zijn de normaalspanningen hoger aan de uiteinden dan in het midden (waar ze zelfs nul zijn). Dat is ook logisch: als een onderdeel doorbuigt wordt de bovenkant op trek belast en de onderkant op druk.

Schuifspanning kan worden veroorzaakt door verdraaiing (torsie), maar ook door dwarskrachten (krachten evenwijdig aan het oppervlak):

In bovenstaande afbeeldingen kun je zien dat de schuifspanningen ook niet overal gelijk zijn. Bij dwarskrachten zijn de spanningen in het midden van het onderdeel hoger dan aan de boven- en onderkan (waar ze zelfs nul zijn). Bij torsie zijn de spanningen aan de buitenranden van het onderdeel het hoogst en in het midden zelfs 0.

Een uitsnede kiezen

Voor het bepalen van interne spanningen is een stukje inlevingsvermogen nodig. Als bekend is waar de krachten optreden, is meestal ook te bepalen waar de spanningen het hoogst zijn. Bovenstaande illustraties helpen je daarbij.

Als voorbeeld nemen we een deurklink. Een product waar je niet vaak bij stilstaat als het gaat om gebruik, maar waarin veel verschillende soorten spanningen voorkomen:

De uitsnede wordt genomen op de plek waar naar verwachting de hoogste interne spanningen zullen optreden. Ga maar na: op gebied van normaalspanning zal daar de hoogste buigspanning optreden. En op gebied van schuifspanning zal daar de torsie het hoogst zijn. Ook dwarskracht treedt er op. We lichten op het uitsnedevlak twee punten uit:

Er is bewust gekozen voor deze twee punten. In punt A zal namelijk de maximale normaalspanning als gevolg van het buigmoment optreden. Deze zou in punt B nul zijn. In punt A daarentegen zal de schuifspanning als gevolg van dwarskracht nul zijn, terwijl die maximaal is in punt B. Voor de schuifspanning als gevolg van torsie zijn beide punten interessant, ze liggen immers beide op de buitenrand van het onderdeel. Met deze twee punten weten we dus zeker dat we alle maximale spanningen meenemen in de berekeningen.

De formules

Type spanning	Oorzaak	Formule	Eenheden
Normaalspanning [σ]	Trek- en druk		σ = Normaalspanning [N/mm2] [MPa] F = Kracht [N] A = Oppervlakte [mm2]
	Buigmoment		σ = Normaalspanning [N/mm2] [MPa] M = Moment [Nmm] y = Afstand tot neutrale vezel [mm] I = Oppervlaktetraagheidsmoment [mm4]
Schuifspanning [τ]	Dwarskracht		τ = Schuifspanning [N/mm2] F = Dwarskracht [N] A = Oppervlakte [mm2]
	Torsie		τ = Schuifspanning [N/mm2] T = Torsie [Nmm] r = Afstand tot middelpunt [mm] J = Polair traagheidsmoment [mm4]

Uitwerking van de deurklink

De situatie van de deurklink is in onderstaande afbeelding uitgewerkt, zodat er getallen zijn waarmee gerekend kan worden:

Normaalspanningen

In het geval van de deurklink speelt er enkel een normaalspanning door een buigmoment. Deze is maximaal in punt A. Invullen van de formule geeft:

Je kunt ook uitrekenen hoeveel de deurklink zal doorbuigen. Daarvoor verwijs ik je door naar mijn artikel over doorbuiging.

Schuifspanningen

In het geval van de deurklink speelt er zowel een schuifspanning door een dwarskracht als door torsie. De dwarskracht is maximaal in punt B. De torsie ook, dus voor het gemak gaan we uit van punt B voor beide spanningen. Te beginnen met de dwarskracht:

En dan de torsie:

Alle spanningen van hetzelfde type mag je bij elkaar optellen. De totale schuifspanning in de deurklink bedraagt dus 1194,32 MPa (ofwel 1,19 GPa).

Nu je weet welke spanningen er spelen in de verschillende punten, ben je al een heel eind. Toch zijn dit waarschijnlijk niet de maximale spanningen in het onderdeel. Om die te vinden kun je de cirkel van Mohr gebruiken om de maximale schuifspanning te bepalen. Zodra je de maximale schuifspanning hebt gevonden kun je het Tresca-vloeispanningscriterium gebruiken om te bepalen welke vloeigrens het materiaal minimaal moet hebben, namelijk 2 keer de maximale schuifspanning:

Spanningstensor

Om alle interne spanningen goed te kunnen communiceren naar anderen is de “spanningstensor” in het leven geroepen. Hierover kun je meer lezen in mijn artikel over de spanningstensor.

In het geval van de deurklink zijn de spanningstensors van punt A en B als volgt:

Het bericht Interne spanningen verscheen eerst op Roy Bosch.

De spanningstensor opbouwen en uitlezen

Hoewel deze matrix er heel ingewikkeld uitziet, valt dat best mee. We beginnen met de opbouw van de matrix.

Je ziet dat binnen de matrix zowel het vlak als de richting van een spanning wordt meegenomen. Als een spanning op het x-vlak werkt, in de x-richting, werkt er een normaalspanning. De spanning staat immers loodrecht op het vlak. Vandaar de σ (sigma) die normaalspanning aanduidt. Als er op het x-vlak een spanning in de y-richting werkt, gaat het om een schuifspanning. Vandaar de τ (tau) die schuifspanning aanduidt. Met de matrix kun je alle spanningen die in de uitsnede werken beschrijven. Benieuwd hoe zo’n uitsnede tot stand komt en hoe de spanningen kunnen worden berekend? Lees dan mijn artikel over interne spanningen.

Maar een blokje heeft toch 6 zijden in plaats van 3? Klopt! De spanningen op of langs de tegenovergestelde zijde zijn tegenovergesteld. Op die manier ontstaat er een krachtenevenwicht.

Voorbeeld

Tijd voor een voorbeeldje. We hebben een uitsnede van een product die het volgende blokje oplevert:

Vervolgens kan de spanningstensor ingevuld worden:

Let goed op dat je spanningen die tegen de positieve richting van de assen in werken ook als negatief getal vermeldt. Als er geen spanningen werken wordt dit met 0 aangegeven. Geef ook altijd aan in welke eenheid de spanningen vermeld worden.

Bovenstaand voorbeeld kan natuurlijk ook omgedraaid worden. Als er een spanningstensor wordt aangeleverd kan er een uitsnede getekend worden, met daarin alle werkende krachten. Zo’n tekeningetje geeft meestal een veel beter beeld van de spanningen die in een onderdeel werken dan de matrix. De matrix is wel weer een snelle en eenduidige manier om spanningen te noteren en communiceren. Dit terwijl een tekening vaak ruimte geeft voor interpretaties.

Het bericht Spanningstensor verscheen eerst op Roy Bosch.

Het falen van een product na meerdere belastingcycli bij spanningen veel lager dan nodig is voor plastische deformatie

Oorzaken van vermoeiing

Vermoeiing wordt veroorzaakt door de volgende factoren:

• Interne spanningsconcentraties
• Oneffenheden in het oppervlak (kuiltjes, krasjes, bultjes etc.)
• Onregelmatigheden in het materiaal (bijv. een oxidedeeltje)

Daarnaast wordt vermoeiing versterkt door omgevingsfactoren zoals corrosie en slijtage.

Bij de diverse belastingcycli ontstaan rondom de oneffenheden en onregelmatigheden in het materiaal haarscheurtjes. Ook bij interne spanningsconcentraties ontstaan deze scheurtjes omdat de spanningsconcentraties plaatselijk hoger kunnen zijn dan verwacht. De haarscheurtjes worden door de wisselende krachten telkens uit elkaar getrokken (bij repeterende drukbelasting waarbij geen trekbelasting voorkomt kan ook geen vermoeiing voorkomen). Op deze manier wordt een haarscheurtje steeds iets groter. Vaak is aan de buitenkant van een onderdeel niet te zien dat er binnenin scheurtjes ontstaan.

Voorkomen van metaalmoeheid

Vermoeiing voorkomen bij metalen is alleen mogelijk als de belastingcycli van trekkrachten voorkomen kunnen worden. Wel kan rekening gehouden worden met vermoeiing in berekeningen. Daarnaast zijn er mogelijkheden om vermoeiing te vertragen/tegen te gaan:

• Kies voor een betere kwaliteit van hetzelfde materiaal (minder onregelmatigheden)
• Kies goede verbindingen (hoe gelijkmatiger de krachten verdeeld worden, hoe beter. Puntlassen is bijvoorbeeld zeer slecht)
• Voorkom spanningsconcentraties
• Zorg voor een glad oppervlak (shot peening uitgezonderd, dit helpt juist tegen vermoeiing door interne drukbelasting te genereren)
• Bescherm het onderdeel tegen corrosie en slijtage
• Blijf ruim onder de spanningslimiet na een x aantal cycli (vermoeiingssterkte/fatigue strength)

Vermoeiing van metaal berekenen

Speciaal voor vermoeiingsberekeningen is de grootheid vermoeiingssterkte (Engels: fatigue strenght) bedacht. Deze grootheid beschrijft de sterkte van een materiaal na 10 miljoen (1E7) belastingcycli. De volgende stappen dienen doorlopen te worden om iets zinnigs te kunnen zeggen over de rol van vermoeiing tijdens de levensduur van een product:

1. Kies tussen “safe life” of “fail safe”
   Ontwerp je een product dat veilig is gedurende de levensduur of een product dat veilig faalt? Kies alleen voor fail safe als de risico’s acceptabel zijn.
2. Bepaal het aantal belastingcycli
   Wat is de levensduur van het product? Hoeveel belastingcycli doorloopt het onderdeel tijdens die levensduur?
3. Welke krachten spelen er?
   Gaat het om een constante amplitude (CA) of een variabele amplitude (VA)?
4. Blijven de interne spanningen onder de vermoeiingssterkte aan het einde van de levensduur?
   De vermoeiingssterkte is na 10 miljoen cycli zo’n 45% van de oorspronkelijke sterkte van staal en zo’n 33% van de oorspronkelijke sterkte van lichte metalen zoals aluminium.

Topologisch optimaliseren

Om te zorgen dat onderdelen waarop vermoeiing van toepassing is niet te zwaar worden, kan gebruik worden gemaakt van topologisch optimaliseren. Deze vorm van optimaliseren zorgt ervoor dat onnodig materiaal wordt weggehaald zodat het onderdeel een ideale mix tussen sterkte en materiaalvolume heeft. Topologie is geïnspireerd op de natuur. Organismen hebben weinig tot geen last van vermoeiing, ondanks dat belastingcycli aan de orde van de dag zijn. Een goed voorbeeld is hout. Bomen worden dagelijks aan vele windvlagen blootgesteld, maar van vermoeiing is nooit sprake.

Het bericht Vermoeiing van metaal verscheen eerst op Roy Bosch.

Of je de cirkel van Mohr kunt gebruiken voor een gegeven situatie hangt van verschillende criteria af. Allereerst moet het materiaal bros zijn en niet buigzaam. Een materiaal is bros als het niet plastisch kan deformeren, een materiaal is buigzaam als het wel plastisch kan deformeren. Een buigzaam materiaal faalt door normaalspanningen en een bros materiaal faalt door schuifspanningen. De cirkel van Mohr is erop gericht om de maximum schuifspanning te berekenen. Dit is dus niet van toepassing op berekeningen aan buigzame materialen.

Naast het criterium dat een materiaal bros moet zijn om de cirkel van Mohr te kunnen gebruiken, is het ook belangrijk dat het materiaal isotroop is. Dit houdt in dat de materiaaleigenschappen niet richtingafhankelijk zijn. Het tegenovergestelde van een isotroop materiaal is een anisotroop materiaal. Voorbeelden van anisotrope materialen zijn hout (de richting van de nerf bepaalt de sterkte), gewalste metalen (sterkte afhankelijk van walsrichting).

Is jouw materiaal een isotroop, bros materiaal? Lees dan verder over het toepassen van de cirkel van Mohr.

De waarden in dit artikel zijn overgenomen uit het artikel over krachten ontleden.

Stap 1 – Situatie bepalen

Voordat de cirkel van Mohr kan worden gebruikt, moet eerst de situatie bekend zijn. Het is raadzaam om eerst een situatietekening van de verschillende spanningen te maken. Lees mijn artikel over interne spanningen om te leren hoe dat moet. In dit voorbeeld wordt alleen punt Q behandeld.

Stap 2 – Assenstelsel van de cirkel van Mohr

De cirkel van Mohr begint met een x-as (normaalspanning) en een y-as (schuifspanning). Hierbij is het belangrijk dat de x-as van links naar rechts loopt en de y-as van boven naar beneden. In tegenstelling tot een standaard assenstelsel liggen de positieve waarden op de y-as dus onder de Oorsprong, in plaats van daarboven.

Stap 3 – Middelpunt van de cirkel van Mohr

Het middelpunt van de cirkel van Mohr ligt altijd op de x-as. De locatie van het middelpunt wordt bepaald door de gemiddelde normaalspanning. Deze kun je berekenen door de twee normaalspanningen bij elkaar op te tellen en te delen door 2. Als er alleen een normaalspanning over de y-as loopt in de doorsnede, betekent dat dat de normaalspanning over de x-as 0 is.

De gemiddelde normaalspanning kan op de assenstelsel worden getekend. Hiermee wordt meteen de schaal van het assenstelsel gekozen.

Stap 4 – Straal bepalen

Stap 5 – Cirkel van Mohr tekenen

Stap 6 – Maximum schuifspanning bepalen

Het bericht Cirkel van Mohr verscheen eerst op Roy Bosch.

Het toevoegen van zulke deeltjes heeft natuurlijk ook nadelen: de stijfheid van polystyreen gaat omlaag. Toch kan het voor een product acceptabel zijn om stijfheid in te leveren ten gunste van taaiheid. Bijvoorbeeld als bekend is dat mensen het product kunnen laten vallen. In dit artikel wordt beschreven hoe je een composietsamenstelling kunt optimaliseren op basis van gewenste stijfheid.

Als er wordt gewerkt met verschillende materialen, heb je ook te maken met verschillende materiaaleigenschappen. In dit geval zoomen we in op de stijfheid van rubber en polystyreen:

Polystyreen = 3,3 GPa

Rubber = 5 MPa

Voor deze berekening moet er een keuze worden gemaakt: hoeveel van de stijfheid van polystyreen mag worden ingeleverd ten gunste van de extra taaiheid die het onderdeel krijgt? Dit is een keuze die afhangt van de krachten die op het onderdeel werken. In dit voorbeeld wordt er uitgegaan van een maximale belasting van 1500 MPa in het onderdeel. Met de veiligheidsfactor van 1,5 komt dit neer op een minimale stijfheid van 2250 MPa voor het composiet. Hoeveel rubber moet aan polystyreen worden toegevoegd om een stijfheid te krijgen van 2250 MPa?

De volgende formule kan gebruikt worden om het aantal volumeprocenten van rubber (Vr) ten opzichte van het aantal volumeprocenten van polystyreen (Vp) in het composiet te bepalen:

Het probleem van deze formule is dat het twee onbekenden bevat. Er is echter een verband tussen Vr en Vp aan te wijzen. Het aantal volumeprocenten van de twee samen is 100%. We kiezen er daarom voor om de formule te herschrijven zodat er nog maar één onbekende in zit:

Deze formule is wel uit te rekenen:

Waaruit geconcludeerd kan worden dat:

Om een stijfheid te behouden van 2250 MPa kan er dus 47 volumeprocent aan rubberen deeltjes toegevoegd worden aan polystyreen.

Het bericht Composieten samenstellen en optimaliseren verscheen eerst op Roy Bosch.

Knik of geen knik?

Parameters

σ = Vloeigrens [Pa]

P = Druk [N]

A = Oppervlakte [m²]

Knik test

Voordat het überhaupt zin heeft om de knik te berekenen is het eerst zaak om te zien of het onderdeel niet al is bezweken onder de krachten. Dit kan op eenvoudige wijze. Vergelijk de spanning in het onderdeel met de vloeigrens van het materiaal (de maximale spanning dat het materiaal kan hebben). De spanning in het onderdeel laat zich berekenen door de druk te delen door de oppervlakte van de doorsnede. Als de spanning kleiner is dan de vloeigrens kan er knik optreden. Als de vloeigrens lager is, zal het materiaal bezwijken voordat er knik kan optreden. In dat geval is het materiaal dus (te) bros en treedt er geen knik op.

Knik berekenen

Parameters

P = Druk [N]

E = Young’s Modulus [Pa] of [N/m²]

I = Oppervlaktetraagheidsmoment [m⁴]

K = Constante [n.v.t.]

L = Lengte [m]

Constante K

Er zijn diverse soorten knik. Knik laat zich vergelijken met sinusgolven. Constante K vertelt wat de “golflengte” van de knikvervorming is ten opzichte van lengte (L) van het onderdeel. De illustratie hiernaast laat zien hoe dit werkt.

Knik formule

De volgende formule beschrijft de kracht/belasting P waarbij knik zal optreden:

Het bericht Knik berekenen verscheen eerst op Roy Bosch.

Verwringing berekenen

Parameters

Ø = Verwringing [rad]

T = Torsie [Nm]

L = Lengte [m]

J = Polair traagheidsmoment [mm^4)

G = Wet van Hooke

c = straal [m]

E = Youngs Modulus

v = Poisson ratio

Verwringing formule

De volgende formule beschrijft verwringing Ø:

Het polaire traagheidsmoment lijkt op het oppervlaktetraagheidsmoment, maar treedt op bij situaties waarin torsie voorkomt. Het polaire traagheidsmoment kan worden berekend door middel van de volgende formule:

De wet van Hooke is als volgt:

Let op: verwringing berekenen resulteert met bovenstaande formules in radialen. Om verwringing om te rekenen naar graden kan de volgende formule worden gebruikt:

Interne spanningen

Voor het al dan niet falen van een product is het goed om te weten welke interne spanningen er spelen in een onderdelen. Torsie zorgt bijvoorbeeld voor interne schuifspanningen. Benieuwd hoe je de (maximale) interne spanningen kunt berekenen? Lees dan mijn artikel over interne spanningen.

Het bericht Verwringing berekenen verscheen eerst op Roy Bosch.