מה זה אנליזות חוזק?

 

מחקר על התנהגות גופים שונים בהשפעת עומס חיצוני מאפשר לבצע אנליזות חוזק ולבצע תכנון מכאני או תכנון של חלקי מכונות. המטרה היא לנצל את היתרונות של אנליזות חוזק על מנת לוודא שחלקי המכונות לא יעברו את המאמץ המותר ולא יתעוותו עד מצב שבו הם לא יוכלו לתפקד, לכן יש להביא בחשבון את ההתנגדות הפנימית של הגוף ואת המרכיבים עליה

לכל גוף פיזי יש רמת התנגדות פנימית מסוימת. רמת ההתנגדות הזו קובעת מתי משטח הגוף נשאר ישר, מתי הוא עלול להתעוות ואף מתי הוא עלול להישבר. ההתנגדות הפנימית של הגוף תלויה בגורמים שונים כגון החומר עצמו ותהליך הדפורמציה שמתרחש כתוצאה מהעומס, אך ניתן לחקור את התנהגות הגופים השונים ואת ההשפעה של עומס חיצוני עליהם באמצעות אנליזות חוזק.

אנליזות חוזק עוסקות בשלל תחומים שעוזרים להכיר את מאפייני החומר, לנתח את הכוחות שפועלים על הבסיס ולבצע תכנון מכאני. ברוב המקרים, הייעודי של אנליזות חוזק בא לידי ביטוי בתכנון של חלקי מכונות. אם מכירים את תכונות החומר ומתמקדים במאמצים, מעוותים והקשר בין מאמצים ומעוותים במונחי תכנון (כמו למשל מאמצים מותרים או תזוזות ומקדמי ביטחון) – אפשר לתכנן חלקי מכונות שיעמדו בעומס.

היתרונות של אנליזות חוזק

אנליזות חוזק עוזרות לוודא תכנון של מכונות, בלי שיופעל עומס רב מדי על חלקי המכונות ובלי לגרום להם להתעוות בלי שיצליחו להמשיך לתפקד. הנה למשל כמה שיקולים שיכולים להשפיע על אנליזות חוזק ואף להביא לעיוות של חלקי המכונה השונים:

-          שיקולי תקציב שגורמים לשימוש בחומרי גלם לא מספיק איכותיים או לא מתאימים

-          משקל מינימאלי של חלקי מכונות בגלל חישוב לא מדויק

-          חישוב לא נכון של אנליזות חוזק

במילים אחרות, אנליזות חוזק מאפשרות לתכנן את מאמצי ההתנגדות של החומר לפעולות המבוצעות עליו. באמצעות אנליזות חוזק ניתן להבטיח שחלקי המכונות יעמדו בעומס גם על רקע לחיצה, מתיחה, גזירה, פיתול וכפיפה. כמו כן, אנליזות חוזק בודקות את ההתאמה של מבנה או חלקים במכונה ואת החומרים שמהם הם מורכבים ביחס לחוזק והקשיחות הדרושים מהם.

כיצד מבצעים אנליזות חוזק?

אחד הכלים העיקריים המשמשים באנליזות חוזק הוא משוואות שיווי המשקל, הקובעות שסכום כל הכוחות והמומנטים החיצוניים הפועלים על מבנה חייב להיות שווה לאפס. זה מאפשר למהנדסים לפתור את הכוחות והמומנטים הלא ידועים הפועלים על מבנה באמצעות מודלים מתמטיים והדמיות ממוחשבות.

אנליזות חוזק משמשות בדרך כלל בתכנון וניתוח של מבנים, גשרים ומבנים הנדסיים אזרחיים אחרים. הן משמשות גם בתכנון של רכיבים מכניים כגון גלגלי שיניים, מיסבים ופירים, כמו גם בניתוח של מטוסים וחלליות. לבסוף, ניתן לבחור כיצד לתכנן את תחום החוזק באלמנטים סופיים והאם לעשות את זה בשיטת IMPLICT או EXPLICT.