Wat is grafostatica en waar wordt deze methode voor gebruikt?

Grafostatica is methode die wordt gebruikt om grafische oplossingen te vinden voor vlakke statische problemen. Bij grafostatica worden handmatige tekeningen gemaakt door de tekenaar of constructeur. Een groot voordeel van grafostatica is de snelheid waarmee men een probleem kan oplossen. Het nadeel van deze methode is echter dat het resultaat minder nauwkeurig is dan wanneer er een rekenmethode wordt toegepast.

Welke problemen kunnen worden opgelost met grafostatica?
Er kunnen verschillende problemen uit de statica en de sterkteleer kunnen worden opgelost doormiddel van grafostatica. Voorbeelden hiervan zijn de volgende:

  • De resultante, zowel in grootte, richting (zin), en ligging van een stelsel coplanaire krachten bepalen;
  • Stelsels lichamen vrijmaken en de reacties bepalen.
  • Staafkrachten in vakwerken construeren. Vakwerken zijn constructies die veel worden gebruikt in de staalconstructie en civiele techniek. Als men in deze gevallen werkt met grafostatica spreekt van een Cremona-diagram of een Cremona-epure. Deze diagram is vernoemd naar een Italiaanse wiskundige met de achternaam Cremona. Hij heeft onder andere met zijn diagram een bijdrage geleverd aan de bouw van de Eiffeltoren in Parijs.
  • Het buigend moment kan eveneens met de grafostatica in kaart worden gebracht. Ook de  dwarskracht en normaalkracht in de doorsnede van een belaste balk kunnen met de methode in kaar worden gebracht.
  • Het zwaartepunt van een vlakke figuur.

Grafostatica in de tegenwoordige tijd
Tegenwoordig gebruiken tekenaars en constructeurs steeds minder het tekenbord en een potlood als ze grafische problemen willen uitwerken en oplossen. Een computer met de juiste software is voor tekenaars en constructeurs een sneller en effectiever middel om problemen op te lossen. De grafostaticamethode wordt daarom tegenwoordig nauwelijks op papier uitgewerkt. Computers zijn bovendien veel nauwkeuriger.

Wat is mechanica en wat wordt in dit vakgebied bestudeert?

Mechanica valt onder de natuurkunde. Deze studie is gericht op het beschrijven en onderzoeken van de manier waarop krachten op systemen en materie werken. De krachten en systemen worden hiervoor geïdentificeerd en beschreven in oorzaak-gevolg verbanden. Mechanica houdt zich bezig met zowel evenwicht als beweging van materie. Beweging ontstaat alleen wanneer er krachten op materie worden uitgeoefend. Daarom is mechanica een leer der krachten.

Mechanica bestaat uit verschillende onderdelen. De onderdelen van mechanica zijn van toepassing op verschillende situaties. De situaties zijn onder andere afhankelijk van de materie en de toestand waarin de materie zich bevind. Zo kan een stof vloeibaar zijn maar ook vast of gasvormig. De uitwerking van krachten kan daardoor verschillend zijn. Daarom is mechanica opgedeeld in verschillende onderdelen. Hierdoor kan men de juiste toepassing hanteren per stof of materie. Een aantal voorbeelden waarin mechanica kan worden toegepast:

  • Kinematica, dit wordt ook wel de bewegingsleer genoemd.
  • Dynamica, ook wel krachtenleer.
  • Statica, wordt ook wel evenwichtsleer genoemd.
  • Kinetica, dit is de samenhang tussen bewegingen en krachten.
  • Aerodynamica, dit zijn gedragingen van gassen.
  • Hydrodynamica, dit zijn gedragingen van vloeistoffen.
  • Sterkteleer, dit is toegepaste mechanica.

Het belang van mechanica
In de techniek is mechanica een belangrijk vak. Op constructies en bewegende machinedelen worden krachten uitgeoefend. Het is belangrijk dat constructies over de juiste sterkte beschikken. Daarom moet een engineer of constructeur goed weten hoe krachten werken op een bepaalde materie. Deze informatie kan net als constructieprincipes worden gebruikt bij het ontwerpen of verbeteren van statische en dynamische constructies. Het vakgebied mechanica wordt onder andere gegeven aan opleidingen in de werktuigbouwkunde en mechatronica. Daarnaast wordt het vakgebied mechanica ook in verschillende andere technische opleidingen aangeboden aan studenten.

Wat is Finite Element Method FEM of Eindige Elementen Methode EEM?

In de werktuigbouwkunde maken ingenieurs en constructeurs regelmatig berekeningen met betrekking tot de stijfheid en sterkte van materialen en constructies. Deze berekeningen zijn belangrijk omdat een constructie of machine over bepaalde eigenschappen moet beschikken. De berekeningen worden gebruikt om na te gaan of de machine of constructie in de praktijk wel sterk genoeg is. Daarbij kan rekening worden gehouden met normale omstandigheden maar ook met extreme omstandigheden.

Diversiteit aan berekeningen in de werktuigbouwkunde
In de werktuigbouwkunde worden verschillende berekeningen gemaakt. Zo zijn er berekeningen voor het statisch of dynamisch krachtenspel. Ook zijn er berekeningen voor weerstandsmomenten. Voor vervorming zoals buiging en knik zijn ook formules evenals voor torsie en afschuiving. Daarnaast zijn er formules voor verplaatsing en materiaalspanning. Een constructeur en een ingenieur in de werktuigbouwkunde moeten voor al deze verschillende aspecten berekeningen maken. Hierbij wordt gebruik gemaakt van verschillende formules. Een groot deel van de werkzaamheden van een ingenieur of een constructeur bestaan daardoor uit het maken van berekeningen.

Finite Element Method FEM en Eindige Elementen Methode EEM
Constructeurs en ingenieurs maken tegenwoordig ook gebruik van Finite Element Method (FEM). Dit wordt ook wel Finite Element Analyses (FEA) of Eindige Elementen Methode (EEM) genoemd. Met deze methode kunnen zeer complexe vormen en constructies worden beoordeeld op sterkte, stijfheid en andere aspecten die aan de orde kunnen komen bij het bepalen van de eigenschappen van een constructie zoals vermoeiing en vervorming. Door gebruik te maken van de Eindige Elementen Methode (EEM) bespaart de werktuigbouwkundige veel tijd omdat hij of zij niet allemaal aparte berekeningen en formules hoeft te maken. De eindige-elementenmethode deelt de constructie van de constructeur op in een beperkt aantal elementen. Dit beperkt aantal elementen is in feite een eindig aantal elementen vandaar de benaming Eindige Elementen Methode. De elementen van de constructie worden door deze methode aan elkaar gekoppeld door knooppunten. Aan elke koppeling die gemaakt wordt zijn een aantal eisen gesteld. Deze eisen zijn afhankelijk van het element. De knooppunten van de elementen moeten zo worden opgesteld dat ze tegelijk met elkaar verplaatsen.

Samenvatting FEM en EEM
De EEM is een rekenmethode. Hiermee kunnen differentiaalvergelijkingen en integraalvergelijkingen worden uitgevoerd en opgelost. Deze rekenmethode wordt toegepast in de ingenieurswetenschappen voor het berekenen van de sterkte-eigenschappen van complex constructies.