Von Mises stress wordt beschouwd als een veilige haven voor ontwerpingenieurs.Met behulp van deze informatie kan een ingenieur zeggen dat zijn ontwerp zal mislukken, als de maximale waarde van Von Mises stress geïnduceerd in het materiaal is meer dan de sterkte van het materiaal. Het werkt goed voor de meeste gevallen, vooral wanneer het materiaal is nodulair van aard. In de volgende paragrafen zullen we een logisch begrip hebben van Von Mises stress en waarom het wordt gebruikt.
wanneer faalt een materiaal?,
een van de gemakkelijkste manieren om te controleren of een materiaal faalt, is een eenvoudige spanningstest. Hier wordt het materiaal aan beide uiteinden getrokken. Wanneer het materiaal de vloeigrens bereikt (voor nodulair materiaal) kan het materiaal als mislukt worden beschouwd. De eenvoudige spanningstest is een unidirectionele test, Dit wordt getoond in het eerste deel van Fig: 1.
bekijk nu de situatie in het tweede deel van Fig.1, een echt technisch probleem met een complexe laadvoorwaarde., Kunnen we hier ook zeggen dat het materiaal faalt wanneer de maximale normale spanningswaarde die in het materiaal wordt geïnduceerd meer is dan de rekgrenswaarde ?. Als je zo ’n aanname gebruikt, zou je een mislukkingstheorie gebruiken die’normale stresstheorie’ wordt genoemd. Vele jaren technische ervaring heeft aangetoond dat normale stress theorie niet werkt in de meeste gevallen. De meest geprefereerde failure theorie gebruikt in de industrie is ‘Von Mises stress’ gebaseerd. We zullen onderzoeken wat Von Mises stress is in de komende sectie.,
Vervormingsenergietheorie
Het concept van Von mises-stress komt voort uit de vervormingsenergietheorie. Vervormingsenergie faaltheorie is een vergelijking tussen 2 soorten energieën, 1) Vervormingsenergie in het werkelijke geval 2) Vervormingsenergie in een eenvoudig spanningsgeval op het moment van falen. Volgens deze theorie treedt storing op wanneer de vervormingsenergie in het werkelijke geval meer is dan de vervormingsenergie in een eenvoudig spanningsgeval op het moment van storing.
Vervormingsenergie
Het is de energie die nodig is voor vormvervorming van een materiaal., Tijdens pure vervorming verandert de vorm van het materiaal, maar het volume verandert niet. Dit wordt geïllustreerd in Fig.2.
Vervorming benodigde energie per volume-eenheid, ud voor een algemene 3-dimensionale geval is gegeven in termen van de belangrijkste stress-waarden als:
Vervorming energie voor eenvoudige spanning geval op het moment van de storing is gegeven als:
Expressie voor Von Mises spanning
De bovenstaande 2 hoeveelheden kunnen worden aangesloten met behulp van vervorming energie falen van de theorie, zodat de toestand van verzuim worden als volgt.,
de linkerkant van de bovenstaande vergelijking wordt aangeduid als Von Mises stress.
als uitvalcriterium kan de ingenieur controleren of de in het materiaal geïnduceerde Von Mises-spanning de vloeigrens (voor nodulair materiaal) van de material.So de storingsconditie kan worden vereenvoudigd omdat
Industriële Toepassing van Von Mises Stress
Vervormingsenergie de meest geprefereerde storingstheorie is die in de industrie wordt gebruikt. Het is duidelijk uit bovenstaande discussies dat wanneer een ingenieur zijn toevlucht neemt tot vervormingsenergie theorie hij Von Mises stress kan gebruiken als een failure criterium.,Laten we een voorbeeld bekijken: Stel dat een ingenieur een cantileverbalk moet ontwerpen met behulp van zacht staal als materiaal, met een draagvermogen van 10000 N. de materiaaleigenschappen van zacht staal zijn ook weergegeven in de afbeelding. De rekgrenswaarde van zacht staal is 2,5×108 Pa. Hij wil controleren of zijn ontwerp bestand is tegen de ontwerpbelasting.
de volgende afbeelding toont de Von Mises-spanningsverdeling verkregen door FEA-analyse van de bundel.
men kan opmerken dat de Von Mises-spanning maximaal is tegen het vaste uiteinde van de bundel en dat de waarde 1,32×108 Pa bedraagt. Dit is minder dan de rekgrenswaarde van zacht staal. Dus het ontwerp is safe.In kort gezegd is de taak van een ingenieur om de maximale waarde van Von Mises-stress die in het materiaal wordt geïnduceerd, kleiner te houden dan zijn sterkte.