Vermoeiing van staal ten gevolge van cyclische belasting

SupportCenter.LocalizedArticle
Vermoeiing - het ontstaan en de verspreiding van scheuren in een materiaal als gevolg van cyclische belasting, is een van de gevaarlijkste faalmechanismen van staal. Het kan optreden wanneer een materiaal wordt onderworpen aan herhaalde wisselingen van spanning of rek en zelfs optreedt bij lagere spanning dan de vloeigrens van het materiaal.


Normaalkracht en buigend moment op verbinding voor vermoeiingsberekening

Enkele feiten over vermoeiing 

  • Het eerste artikel over vermoeiing is al gepubliceerd in 1837
  • Vermoeiing veroorzaakt onomkeerbare schade; het materiaal kan niet herstellen
  • Staal heeft een theoretische vermoeiingsgrens; continue belasting onder deze limiet leidt niet tot falen door vermoeiing
  • Trekspanningen veroorzaken voornamelijk vermoeiing, maar ook drukspanningen kunnen een oorzaak zijn 
  • Een groter bereik van spanningswisselingen leidt tot een kortere levensduur van de constructie
  • Temperatuur, oppervlakteruwheid, restspanningen en andere factoren beïnvloeden de weerstand tegen vermoeiing

Vermoeiings fases

Over het algemeen zijn er drie fasen die we onderscheiden:

  •  Fase één – Scheur-initiatie

Er beginnen zich microscheurtjes te vormen rond spanningsconcentrerende geometrische formaties zoals randen. Wanneer de grootte van een breuk groter is dan 10 μm, kunnen we spreken van de scheur.

  • Fase twee - Een toename van scheuren

De scheurtoename hangt af van het bereik van cyclische belasting, gemiddelde spanning, maar ook van over- en onderbelasting. Scheurgroei kan zelfs stoppen als de belastingen kleiner zijn dan een bepaalde drempel.

  • Fase drie - Scheurverspreiding

Scheurverspreiding vindt plaats wanneer de microscheuren en gerelateerde spanningen een bepaalde grootte bereiken. Wanneer de spanning de waarde overschrijdt die breuktaaiheid wordt genoemd (een kwantitatieve manier om de weerstand van een materiaal tegen brosse breuk uit te drukken wanneer er een scheur aanwezig is), zal de uiteindelijke breuk optreden.

Hoe vermoeiing te voorkomen is 

Vermoeiing kan worden verminderd of volledig worden vermeden door de juiste technische keuzes. Voor staalconstructies zijn er twee manieren om vermoeiingsproblemen te voorkomen.

1. Houd de spanning onder de drempel van de vermoeiingsgrens (concept van oneindige levensduur)

Vermoeiingslevensduur Nf  is het aantal spanningscycli van een bepaald karakter dat een constructie aankan voordat er falen optreedt. Voor staal is er een theoretische waarde voor de spanningsamplitude waaronder het materiaal gedurende een aantal cycli niet zal bezwijken. Deze waarde wordt een vermoeiingsgrens of 'endurance' grens genoemd.

Endurance grens van vermoeiing van staalverbinding

Door AndrewDressel van Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461

2. Een softwarematige vermoeiingsberekening uitvoeren op het ontwerp van de constructie

De software-analyse kan gebieden aangeven waar vermoeiing een probleem gaat zijn. Het kan helpen om de constructie opnieuw te ontwerpen, bijvoorbeeld de spanningen te concentreren op voorkeursplaatsen in de constructie, afmetingen en posities van boutgaten te wijzigen, enz. 

De oplossing van IDEA StatiCa

Het nieuwe type berekening in de IDEA StatiCa V21. Lees dit artikel, waar de analyse volgens EN 1993-1-9 wordt beschreven.

Het berekeningstype vindt u naast de andere typen onder het bovenste lint.

Vermoeiingsberekening in IDEA CONNECTION versie 21

Het berekeningstype vermoeiing dient om het normaal- en schuifspanningsbereik tussen twee belastingsgevallen te bepalen. De spanningen komen overeen met nominale spanningen en moeten verder worden geëvalueerd met behulp van norm-ontwerpmethoden. Deze uitkomsten worden gebruikt voor het ontwerp van hoogcyclische vermoeiingen in verbindingen, waarbij geen vloeien van het materiaal wordt verwacht.

Vermoeiingsberekening in IDEA CONNECTION versie 21

Het berekeningstype vermoeiing biedt geen uiteindelijke weerstand of aantal cycli dat het detail kan opnemen. Het biedt alleen input voor verdere berekeningen volgens de normen.

De nominale spanning kan worden berekend voor:

  • Bouten - in trek en afschuiving
  • Lassen – automatisch gegenereerd in een plaatsectie naast de las
  • Platen – in door de gebruiker gedefinieerde secties

De nominale spanning wordt bepaald door de spanningen van het referentiebelastingsgeval af te trekken van een ander belastingsgeval.

Bezoek ons Support Center om dit berekeningstype nader te bekijken:

Theoretische achtergrond: type vermoeiingsberekening

Vermoeiingsberekening - Stompe lassen van I-sectie

Dit type analyse is beschikbaar in zowel de Expert als in de Enhanced versie.


Geef ons feedback. Was dit artikel nuttig?