Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> Industriële technologie

Verminder de stressconcentratie met deze ontwerptips

Wanneer productteams het materiaalselectieproces doorlopen, zijn ze onder andere op zoek naar een materiaal met mechanische eigenschappen dat geschikt is voor het eindgebruik van het uiteindelijke onderdeel. Dit zorgt ervoor dat het materiaal niet wordt gebruikt in toepassingen die verder gaan dan de vloeigrens. Toch falen zelfs onderdelen gemaakt van het juiste materiaal soms - waarom?

Een van de redenen waarom materialen falen, is vanwege de spanningsconcentratie, een ontwerpfout die de structurele integriteit van het onderdeel in gevaar brengt. Hier is alles wat productteams moeten weten over stressconcentratie, plus hoe deze te verminderen door een doordacht ontwerp.

Wat is stressconcentratie?

Een spanningsconcentratie is een punt in het onderdeelontwerp waar de spanning aanzienlijk hoger is dan in de omgeving. Spanningsconcentraties worden meestal veroorzaakt door een abrupte verandering in de geometrie van het onderdeel, meestal rond scherpe hoeken, gaten, inkepingen of groeven.

Spanningsconcentraties komen ook vaker voor in onderdelen met complexe of geavanceerde ontwerpen. Hoewel unieke geometrische vormen de algehele prestatie van het onderdeel kunnen verbeteren, veroorzaken ze ook kronkelige belastingoverdrachten en vergroten ze de kans op spanningsconcentraties.

De stressconcentratiefactor, aangeduid met Kt , kan worden gedefinieerd als de verhouding van de hoogste spanning in het onderdeel tot de referentiespanning. Om de spanningsconcentratie wiskundig uit te drukken, is de vergelijking:

σmax is gelijk aan de maximale spanning en σref gelijk is aan referentiespanning. Een deel dat vrij is van onregelmatigheden heeft een waarde van bijna één, terwijl een deel met maximale onregelmatigheden of discontinuïteit een waarde groter dan één heeft.

Wanneer een onderdeel spanningsconcentraties heeft, is de kans groter dat het op twee manieren faalt. Ten eerste heeft het onderdeel de neiging om direct te falen door de spanningsconcentratie, wat typisch resulteert in scheuren. Ten tweede, zelfs als het onderdeel geen merkbare breuk krijgt, kunnen spanningsconcentraties de levenscyclus van het product drastisch verkorten door het onderdeel na verloop van tijd te verzwakken.

4 methoden om de stressconcentratie te verminderen

Om de levensduur van hun onderdelen te garanderen en breuken te voorkomen, moeten productteams FEA-modellen gebruiken om ervoor te zorgen dat er geen spanning of spanningsconcentraties zijn. Hier zijn vier tips die alle ontwerpers en productteams moeten kennen:

1. Neem geleidelijke overgangen op in het ontwerp

De meest voorkomende oorzaak van spanningsconcentraties is een abrupte verandering in geometrie of een abrupte vormovergang. Om hier rekening mee te houden, moeten ontwerpers specifieke ontwerpmaatregelen gebruiken, zoals afrondingsradii of taps toelopende delen om de overgang van de ene vorm naar de andere te vergemakkelijken. Het gladstrijken van kritieke delen van het onderdeelontwerp beïnvloedt de stroom van spanning en voorkomt dat spanning zich op één locatie ophoopt.

2. Gebruik reliëfinkepingen

Ontwerpers kunnen ook spanningsconcentraties verminderen door materiaal in de buurt van inkepingen te verwijderen, waardoor een extra groef ontstaat die een reliëfinkeping wordt genoemd. Hoewel reliëfinkepingen een beetje extra geometrie aan het ontwerp toevoegen, kunnen ontwerpers reliëfinkepingen gebruiken om de spanningslijnen in een onderdeel te beheersen. Deze functies kunnen worden getest en geperfectioneerd door opeenvolgende FAE-analyses.

3. Kies voor meerdere kleine reliëfinkepingen in plaats van een enkele lange

Voor tijden dat gaten en inkepingen onvermijdelijk zijn, is het het beste om veel kleine reliëfinkepingen te gebruiken. In tegenstelling tot de vorige techniek, waarbij een enkele groef wordt gebruikt om eventuele onregelmatigheden te corrigeren, omvat deze aanpak het omringen van elke opzettelijke inkeping met verschillende kleinere inkepingen om potentiële spanningsconcentraties glad te strijken. Ingenieurs kunnen extra materiaal verwijderen om miniatuur inkepingen te maken met behoud van de originele inkeping.

4. Vermijd scherpe hoeken

Scherpe hoeken moeten in het algemeen worden vermeden, vooral bij CNC-bewerking van interne geometrieën van onderdelen, maar ontwerpers moeten ze ook vermijden als ze zich zorgen maken over het creëren van mogelijkheden voor spanningsconcentraties. Als het patroon dit toelaat, moeten ontwerpers altijd een afrondingsradius gebruiken bij scherpe hoeken. Deze ontwerpfactor zorgt ervoor dat het dwarsdoorsnede-oppervlak geleidelijk afneemt in plaats van plotseling, en de spanning gelijkmatiger over het onderdeel verdeelt.

Verminder stress met Fast Radius

Spanningsconcentraties, wanneer te veel spanning zich op een bepaald punt in het ontwerp ophoopt, kunnen de structurele integriteit van een onderdeel in gevaar brengen en ervoor zorgen dat het voortijdig verzwakt of breekt. Gelukkig kunnen productteams stressconcentraties voorkomen door de bovengenoemde ontwerptips en tijdelijke oplossingen in hun onderdeelontwerpen op te nemen.

Een wereldwijde productiepartner zoals Fast Radius kan productteams helpen hun ontwerpen te optimaliseren om de stressconcentratie te verminderen en hun onderdelen naar een hoger niveau van functionaliteit en esthetiek te tillen. Ons team van doorgewinterde ontwerpers, ingenieurs en machinisten hebben toegang tot de nieuwste beschikbare ontwerptechnologieën en komen aan tafel met tientallen jaren ervaring in het helpen van teams bij het perfectioneren van hun ontwerpen voor optimale prestaties. Neem vandaag nog contact met ons op — laten we nieuwe dingen mogelijk maken.

Ga voor meer ontwerplessen en belangrijke overwegingen voor het bouwen van schone, functionele onderdelen naar het Fast Radius-leercentrum.


Industriële technologie

  1. Hoe bereid ik mijn PCB voor op fabricage? PCB-assemblage versnellen met beste ontwerppraktijken
  2. Materialen:gloeitips voor amorfe polymeren, deel 2
  3. Maak gebruik van ontwerp met E3.series
  4. Het ontwerp van elektrische panelen met E3.panel
  5. Ontwerp een Procurement Centre of Excellence met deze drie stappen
  6. Plaatwerkontwerp:tips en trucs
  7. 8 snelle tips om geld te besparen op plaatbewerking
  8. 5 ontwerptips voor RIM
  9. 4 tips voor het ontwerpen van magazijnstellingen
  10. Tips voor snelle lay-out
  11. Verleng de levensduur van de pons met deze belangrijke tips