les 1

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

2. Waarom dit vak? sterkteleer materiaalkunde, chemie • 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 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. Onthouden! = elastische vervorming = plastische vervorming = “doorveren“ = “verbuigen” Tijdelijke vervorming Blijvende vervorming les 1

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

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

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

10. Stijfheid 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. 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 http://www.recaro-as.com 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. Galileo Galilei eerste proeven met buiging les 1

18. Kracht • 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. Krachten werklijn van F F a a • Voor te stellen door een vector (=pijl) • Een kracht F heeft: • een grootte, soms voorgesteld door zijn lengte • een richting • een aangrijpingspunt a De denkbeeldige, oneindig lange lijn waarop een kracht ligt noem je zijn werklijn. Deze teken je meestal niet. 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. 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. Spanning 32 N 2 N (16x) 1 mm 1 mm • 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 A 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. 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. 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 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. 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