door Ellen Vaders | apr 21, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, gieten, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Aluminium is een materiaal met een heel gunstig sterkte/gewicht verhouding en laat zich ook nog eens makkelijk vormen.
Een optimaal product is een product met zo min mogelijk materiaal die zijn functie gedurende zijn (voorspelde) levensduur vervult. Ten aanzien van duurzaamheid geldt dat het product na afloop ook goed te recyclen moet zijn.
Voor een product met zo min mogelijk gewicht is het de truc dat het materiaal op de juiste plek ligt.
Maar hoe bepaal je de juiste plek?
Hiervoor moet je de belasting van je product kennen! En dan is de volgende stap om de krachten gunstig door te leiden.
Als je nu kijkt naar onderstaande belasting en ideale vormgeving, dan kan je middels topologie optimalisatie software de ideale vorm opvragen.(simpel gezegd)
Als je het principe begrijpt dan kan je in dit geval met JBV (jan boeren verstand) heel ver komen, misschien zelfs sneller. De vorm uit de topologie optimalisatie software heeft immers de vertaalslag naar produceerbaar nog nodig. (Let wel dit is een relatief eenvoudige beugel.)
Echter het aantal variaties in ontwerp zijn legio…
Indien deze beugel van aluminium gemaakt wordt, heb je een aantal mogelijkheden ten aanzien van vervaardiging. Eén en ander is afhankelijk van aantal en benodigde materiaalkwaliteit. (Vormgeving wordt hier ondergeschikt gesteld aan functie en het vervaardigingsproces.)
Bij kleine aantallen kun je het product als voorbeeld middels verspaning maken, grote aantallen door middel van gieten en is de belasting extreem dan is bijvoorbeeld smeden de beste manier. Niet alleen qua eigenschappen maar ook qua prijs zitten hier behoorlijke verschillen tussen.
In de nabije toekomst zal ook aluminium printen voor enkele stuks een optie zijn. Nu zijn echter de kosten te hoog, kwaliteit onvoldoende en mogelijkheden gering.
Ieder proces heeft zo zijn eigenaardigheden. Tegenwoordig is het achter je bureau oplossen van problemen uit de tijd. Overleg en praten met anderen is essentieel.
Zit je al met een producent om de tafel beperk je je veelal al tot een oplossing, die mogelijk niet de optimale is.
Ook kun je gebruik maken van Crowdsourcing. Voor industrieel ontwerp? Ja zeker kijk maar eens op:
GrabCAD challenge
Zijn de BLOGs van Aluminium Metal Knowledge voor jouw waardevol? Vertel het anderen.
Heb je aanvullingen en/of andere relevante opmerkingen, deel hieronder.
Wil je meer kennis over aluminium? Vraag een aluminium-kennis-scan aan,
de eerste 3 ontvangen deze gratis. Hier aanmelden
door Ellen Vaders | jan 20, 2015 | aluminium, aluminium advies, development, engineering, legeringskeuze, optimaal ontwerp, vermoeiing
Geschreven in samenwerking met Paul Voerman. Dank je wel, Paul voor je inbreng!
Aluminium is een licht gewicht metaal dat sterk is in allerlei toepassingen. Maar hoe zit het met de vermoeiingseigenschappen van het materiaal?
Kun je aluminium toepassen in omstandigheden waar je wisselende belastingen hebt?
Het feit dat aluminium hét materiaal is in de vliegtuigbouw laat zien waar het materiaal toe in staat is. Als er ergens veel dynamische belastingen zijn is het daar wel. Maar hoe bepaal je tot hoe ver je mag gaan?
Om vermoeiing beter te begrijpen leggen we eerst uit wat verstaan wordt onder dynamische belastingen. Een dynamische of wisselende belasting is een belasting waarbij je vaak een vaste belasting hebt, bijvoorbeeld een gevelpaneel met een bepaald gewicht dat aan een constructie hangt. En daar bovenop een wisselende belasting bijvoorbeeld de wind. (En tijdens het schrijven van dit stuk, 15 januari is die behoorlijk!) De wind zorgt ervoor dat het paneel continu van de gevel afgetrokken wordt en er weer tegen aangedrukt wordt. Hieronder wordt dit in een grafiek weergegeven.
Wanneer praten we over vermoeiing?
Vermoeiing is het kapotgaan van een onderdeel door dynamische belasting bij een lagere belastingsituatie dan je op basis van de breukgrens verwacht. In de foto zie je een voorbeeld van een typische vermoeiingsbreuk.
Bij welke belasting gaat het dan stuk? Hiervoor kun je de Wöhler kromme of S-N curve kijken. ( S-N staat voor Spanning – N-wisselingen) Voor staal en ook aluminium zie je, dat bij wisselende belastingen het materiaal steeds minder hoog belast mag worden.
De heer Wöhler is grondlegger van onderzoek op gebied van vermoeiing en vandaar dat deze vermoeiingskrommes ook wel Wöhler krommes genoemd worden.
Na een miljoen keer heeft de heer A. Wöhler aangetoond dat er voor staal een soort ondergrens bereikt wordt. Bij aluminium zie je dat de curve langzaam blijft dalen. De sterkte blijft dus afnemen na meer en meer wisselingen.
Als eerste kijken we naar 2 materialen S275 (Staal-44), en de aluminium legering EN AW-6061T6. In dit geval beiden met een rekgrens van 275N/mm². Als extra hebben we ook de legering EN AW-7075 T6 toegevoegd, een legering die in luchtvaart toegepast wordt.
Als we kijken naar een dynamische belasting met één miljoen wisselingen, 1.000.000, zien we in de grafiek dat S275 tot 195 N/mm² mag hebben. Aluminium 6061-T6 tot 120N/mm². Dit geldt bij ideale omstandigheden.
| Aluminium is echter 3x zo licht. (aluminium 2,7 kg/dm3 t.o.v. staal 7,8 kg/dm3)
Met andere woorden: als het aluminium product iets volumineuzer wordt uitgevoerd (met meer body) kan nog steeds lichter worden gebouwd met tenminste gelijke vermoeiings-eigenschappen!
Met aluminium heb je door de grote vormvrijheid de mogelijkheid het materiaal daar neer te leggen waar het nodig is, waarmee je de spanning kunt verlagen. Ook kun je door de grote vormvrijheid een optimale “gestroomlijnde” vorm realiseren waarmee de spanningspiek wordt beperkt.
Dit zorgt voor een verlengde levensduur. |
Bij een ontwerp moet je goed definiëren/ weten hoeveel wisselingen je gedurende de levensduur mag verwachten. Als voorbeeld: een ladder ontwerpen voor 10milj. wisselingen is niet realistisch, dit is niet conform zijn daadwerkelijke belasting situatie.
Voor het bepalen of de vermoeiingsbelasting door de toepassing gedragen kan worden, zijn berekeningen benodigd om dit te voorspellen. Het maken van de juiste voorspelling gaat nogal eens fout doordat men onvoldoende achtergrond heeft van de optredende belastingen.
Figuur 1 mooi ontwerp van een Capo
Om vermoeiing te voorkomen is het altijd zaak dat er zo min mogelijk scheurinitiaties in een ontwerp zitten. Als voorbeeld: scherpe overgangen vermijden. Bij vermoeiing altijd met zo groot mogelijke afgeronde binnen radii werken en vloeiende overgangen maken. Maar ook in geval van gelaste constructies een goede start en stop van de lasnaad zodat plakfouten en/of kratervorming bij de las voorkomen worden. Zelfs oppervlaktegesteldheid en ruwheid spelen een rol.
Dan laten we de impact van een las op het vermoeiingsgedrag van aluminium in dit stuk nog buitenbeschouwing, aangezien dit te veel omvattend is om hier mee te nemen.
Samenvattend/ concluderend:
- Aluminium heeft geen vermoeiingslimiet. Boven de 10.000.000 wisselingen levert dit consequenties op, anders dan met staal.
- Met aluminium kun je met een lager gewicht hetzelfde aantal wisselingen weerstaan als met staal.
- Optimaal vormgeven voor vermoeiing is vloeiende overgangen creëren en spanningspieken vermijden.
Met deze uiteenzetting hoop ik dat je een inkijkje hebt gekregen in de mogelijkheden met aluminium in dynamisch belaste omstandigheden.
Wil je diepgaander informatie van aluminium vermoeiing ontvangen? Laat hier hier je e-mail adres achter, of stel je vraag in je reactie hieronder.
Ellen Vadershttp://eepurl.com/YXkv5
door Ellen Vaders | dec 8, 2014 | aluminium, aluminium advies, corrosie, legeringskeuze, optimaal ontwerp
Aluminium is hèt materiaal voor optimaal ontwerpen. Je kan slim functies integreren met de vele fabricage processen die mogelijk zijn. Maar waar moet je op letten om fouten te voorkomen?
In dit Blog worden verschillende veel gemaakte fouten gedeeld ter voorkoming en om te helpen optimaal gebruik te maken van de mogelijkheden van aluminium
Aluminium is een onedel metaal. Dit zorgt ervoor dat het materiaal snel een oxidelaag vormt waarmee het zichzelf beschermd. Hieraan dankt aluminium zijn corrosiebestendigheid. Echter, het is raadzaam het materiaal met verstand van zaken in te zetten. Net als ieder ander materiaal heeft ook aluminium zijn eigenheden. Om de corrosiebestendigheid van aluminium te benutten pas je dit in het gebied tussen de pH 5-8 toe.
Buiten dit gebied zal iets moeten worden gedaan om het materiaal te beschermen. Zoals je ziet gebeurt er bij een pH van 4 nauwelijks iets, echter er hoeft maar wat water te verdampen en de pH schiet naar beneden. En dan gaat materiaalafname snel. (De mate waarin, is per zuur/base verschillend. Aluminium in bijvoorbeeld ammoniak omstandigheden , pH13, is weer uitermate geschikt. Vandaar dat aluminium in bijv. varkensstallen veel wordt toegepast.)
Geannodiseerd aluminium zal bij lage pH iets langer meegaan maar de annodiseerlaag lost beneden een pH van 4 ook op en daarmee is deze combinatie geen lang leven beschoren.
Het tweede waar goed op gelet moet worden, is de rangorde ten aanzien van edelheid. Zoals gezegd is aluminium een relatief onedel metaal. Dit betekent dat in combinatie met een ander metaal in natte omstandigheden het aluminium zich opoffert. Dat is mooi als je aluminium als opofferingsanode inzet, het principe zoals men bij boten hanteert, maar als dit gebeurt op een ongewenst moment heb je een probleem.
Het voorkomen van dit opoffergedrag kan onder andere door de stroomkring te onderbreken. Dus een isolatie tussen de twee verschillende metalen toepassen, de geleidende vloeistof, zoals (zee)water wegnemen, of een ander onedeler metaal als opoffermateriaal inzetten. Maar er zijn nog meer mogelijkheden.
Vaak wordt aluminium ook beschadigd door onjuiste reiniging. Bijvoorbeeld twee chloor tabletten i.p.v. de voorgeschreven één, want dan wordt het lekker schoon……
Het aluminium krijgt het voor de kiezen en een gecorrodeerd, beschadigd, uiterlijk is het resultaat.
Niet voor niets wordt bij onderhoud en reiniging voorgeschreven een pH neutraal middel te gebruiken.
Last but not least, gebruik de juiste legering voor de toepassing. De legeringen met bijvoorbeeld koper zijn sterk en meestal ook goed verspaanbaar, maar gevoeliger voor corrosie. Afhankelijk van de toepassing, het benodigde fabricageproces, de mechanische eigenschappen etc. is de keuze voor de juiste legering te maken.
Heb je begeleiding nodig of een specifieke vraag geef je reactie en wie weet kan ik of een van de andere lezers je helpen.
Welke fout ben jij tegenaan gelopen en/of kun je hulp bij gebruiken?
door Ellen Vaders | nov 4, 2014 | bouw, optimaal ontwerp, recycling
Aluminium in de bouw een duurzame keuze?
Aluminium is het materiaal dat als één van de beste gerecycled kan worden en keer en keer opnieuw kan worden ingezet. Het is niet voor niets dat Aluminium een hoge restwaarde vertegenwoordigt. In de bouw wordt reeds 95-98 % van het aluminium dat wordt afgedankt reeds hergebruikt. Het omwerken kost weinig energie (slechts 5% van de oorspronkelijk benodigde energie). Het materiaal kan vervolgens compleet opnieuw worden ingezet in de gewenste vorm.
Natuurlijk zou je een profiel, plaat of gietstuk ook zonder omsmelten opnieuw kunnen inzetten. Echter als je met weinig energie, een volledig op-maat-oplossing met dezelfde kwaliteit kan inzetten, ben je veel efficiënter en nog voordeliger uit ook. Dat is nou precies het voordeel van aluminium.
Geen compromis, altijd precies wat je nodig hebt.
aluminium in bouw
Degenen die met aluminium werken weten dit en toch ondervindt aluminium in Nederland last van het duurzaam inzetten van het materiaal. Hoe kan dit?
Heel simpel om alle materialen objectief tegen elkaar af te wegen is er toetsing nodig. Voor deze toetsing is er een database met getallen en waarden van de verschillende materialen in gebruik.
Helaas zijn de getallen van metalen in eerste instantie in deze database onvolledig opgenomen. Staal en RVS hebben deze gegevens inmiddels objectief en gefundeerd kunnen aanleveren en hierdoor zijn de getallen juist bijgesteld. Voor aluminium is dat, tot mijn grote spijt, echter nog niet gelukt.
Het Aluminium Centrum en Aluminium Metal Knowledge vinden dat het nu zo snel mogelijk moet worden veranderd. Achter de schermen is er al een hoop gebeurd en kan er snel spijkers met koppen geslagen worden. De juiste getallen moeten objectief worden verzameld, getoetst en vastgelegd.
Voor ieder die erbij gebaat is dat deze getallen, die in de bouw steeds vaker de keuze van aluminium bepalen, zo snel mogelijk objectief en juist moeten worden opgenomen, verzoek ik mij een reactie te sturen. Gezamenlijk kunnen we dit varkentje wassen.
Ook voor aanvullende opmerkingen of vragen, graag je commentaar in de comment box hieronder vermelden. Ik kijk uit naar jullie betrokkenheid in deze.
