Kurangi konsentrasi stres dengan tips desain ini
Ketika tim produk melalui proses pemilihan material, mereka mencari, antara lain, material dengan sifat mekanik yang cocok untuk penggunaan akhir bagian akhir. Ini memastikan bahwa material tidak akan digunakan dalam aplikasi di luar kekuatan luluhnya. Namun, bahkan suku cadang yang dibuat dari bahan yang tepat terkadang gagal — mengapa?
Salah satu alasan material gagal adalah karena konsentrasi tegangan, cacat desain yang membahayakan integritas struktural bagian. Inilah semua yang harus diketahui tim produk tentang konsentrasi stres, plus cara menguranginya melalui desain yang cermat.
Apa itu konsentrasi tegangan?
Konsentrasi tegangan adalah titik dalam desain bagian di mana tegangan secara signifikan lebih tinggi daripada di daerah sekitarnya. Konsentrasi tegangan paling sering disebabkan oleh perubahan mendadak pada geometri bagian, biasanya di sekitar sudut tajam, lubang, takik, atau alur.
Konsentrasi tegangan juga lebih mungkin terjadi pada bagian dengan desain yang kompleks atau canggih. Meskipun bentuk geometris yang unik dapat meningkatkan kinerja keseluruhan bagian, hal itu juga menyebabkan perpindahan beban yang berliku-liku dan meningkatkan kemungkinan konsentrasi tegangan.
Faktor konsentrasi tegangan, dinotasikan Kt , dapat didefinisikan sebagai rasio tegangan tertinggi di bagian terhadap tegangan referensi. Untuk menyatakan konsentrasi tegangan secara matematis, persamaannya adalah:
maks sama dengan tegangan maksimum dan ref sama dengan tegangan referensi. Bagian yang bebas dari penyimpangan memiliki nilai mendekati satu, sedangkan bagian dengan penyimpangan atau diskontinuitas maksimum memiliki nilai lebih besar dari satu.
Ketika suatu bagian memiliki konsentrasi tegangan, kemungkinan besar akan gagal dalam dua cara. Pertama, bagian tersebut cenderung gagal secara langsung dari konsentrasi tegangan, yang biasanya menghasilkan retakan. Kedua, bahkan jika bagian tersebut tidak mengalami keretakan yang nyata, konsentrasi tegangan dapat secara dramatis mempersingkat siklus hidup produk dengan melemahkan bagian tersebut dari waktu ke waktu.
4 metode untuk mengurangi konsentrasi stres
Untuk memastikan umur panjang suku cadang dan mencegah patah, tim produk harus menjalankan model FEA untuk memastikan tidak ada konsentrasi tegangan atau regangan. Berikut adalah empat tips yang harus diketahui semua desainer dan tim produk:
1. Sertakan transisi bertahap dalam desain
Penyebab paling umum dari konsentrasi tegangan adalah perubahan geometri yang tiba-tiba atau transisi bentuk yang tiba-tiba. Untuk menjelaskan hal ini, desainer harus menggunakan ukuran desain khusus seperti radius fillet atau lancip untuk memudahkan transisi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Menghaluskan area kritis dari desain suku cadang memengaruhi aliran tegangan dan mencegah stres menumpuk di satu lokasi.
2. Gunakan takik relief
Desainer juga dapat mengurangi konsentrasi tegangan dengan menghilangkan material di dekat takik, menciptakan alur tambahan yang disebut takik relief. Meskipun takik relief menambahkan sedikit geometri tambahan pada desain, desainer dapat menggunakan takik relief untuk mengontrol garis tegangan di suatu bagian. Fitur-fitur ini dapat diuji dan disempurnakan melalui analisis FAE yang berurutan.
3. Pilih beberapa takik relief kecil sebagai lawan dari satu lekukan panjang
Untuk saat-saat ketika lubang dan takik tidak dapat dihindari, sebaiknya gunakan banyak takik relief kecil. Berbeda dengan teknik sebelumnya, di mana satu alur digunakan untuk memperbaiki ketidakteraturan, pendekatan ini melibatkan mengelilingi setiap takik yang disengaja dengan beberapa takik yang lebih kecil untuk menghaluskan konsentrasi tegangan potensial. Insinyur dapat menghapus bahan tambahan untuk membuat takik mini sambil mempertahankan takik asli.
4. Hindari sudut tajam
Sudut tajam harus dihindari pada prinsip umum, terutama ketika geometri bagian internal pemesinan CNC, tetapi perancang juga harus menghindarinya jika mereka khawatir akan menciptakan peluang untuk konsentrasi tegangan. Jika polanya memungkinkan, desainer harus selalu menggunakan radius fillet di sudut tajam. Faktor desain ini memastikan bahwa luas penampang berkurang secara bertahap, bukan tiba-tiba, dan mendistribusikan tegangan ke seluruh bagian secara lebih merata.
Kurangi stres dengan Radius Cepat
Konsentrasi tegangan, ketika terlalu banyak tegangan terakumulasi pada satu titik dalam desain, dapat membahayakan integritas struktural bagian dan menyebabkannya melemah atau pecah sebelum waktunya. Untungnya, tim produk dapat mencegah konsentrasi stres dengan memasukkan tips dan solusi desain yang disebutkan di atas ke dalam desain bagian mereka.
Mitra manufaktur global seperti Fast Radius dapat membantu tim produk mengoptimalkan desain mereka untuk mengurangi konsentrasi stres dan membawa bagian mereka ke tingkat fungsionalitas dan estetika berikutnya. Tim desainer, insinyur, dan masinis berpengalaman kami memiliki akses ke teknologi desain terbaru yang tersedia dan hadir dengan pengalaman puluhan tahun dalam membantu tim menyempurnakan desain mereka untuk kinerja optimal. Hubungi kami hari ini — mari wujudkan hal-hal baru.
Untuk pelajaran desain lainnya dan pertimbangan utama untuk membuat komponen yang bersih dan fungsional, kunjungi pusat pembelajaran Radius Cepat.
