Kies wat je wilt weten en vul dan de dikte, de diepte en de overspanning (afstand tussen de steunen) van de plank, het materiaal en de belasting in. Kies je een materiaal, dan worden een richtwaarde voor de elasticiteitsmodulus en de toelaatbare buigspanning ingevuld, die je kunt aanpassen. Bij terugrekenen geef je de toelaatbare doorbuiging op (in mm of als L/n).
Inhoudsopgave
-
Wat je op deze pagina kunt doen
-
Waarvoor is deze berekening handig?
-
Zo werkt het
-
Formules en figuren
-
Traagheidsmoment en weerstandsmoment (hoe de doorsnede van de plank buiging weerstaat)
-
Maximale doorbuiging (gelijkmatig verdeelde belasting)
-
Maximale doorbuiging (belasting in het midden, een puntlast)
-
Doorbuiging op lange termijn (kruip) en de doorbuigingsverhouding L/δ
-
Terugrekenen (de maximale overspanning en de maximale belasting uit een toelaatbare doorbuiging)
-
Buigspanning (ter informatie: een maat voor of het materiaal breekt)
-
-
Symbolen en begrippen
-
Handig om vooraf te weten
-
Berekenen met Excel
-
Berekenen met Google Spreadsheets
-
Berekenen met Python
-
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
-
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
-
Kenmerken van DataChef
-
Gerelateerde functies
-
Alle rekenmachines van NumberChef
Wat je op deze pagina kunt doen
- Uit de dikte, de diepte, de overspanning (afstand tussen de steunen), het materiaal en de belasting van een plank zie je de maximale doorbuiging in millimeters en de doorbuigingsverhouding (\(L/\delta\): hoeveel keer de doorbuiging in de overspanning past)
- Kies een materiaal (sugi, hinoki, grenen of vuren, eiken, multiplex, MDF, spaanplaat, glas, aluminium of staal) en een gebruikelijke waarde voor de elasticiteitsmodulus wordt ingevuld (je kunt de waarde aanpassen)
- Geef de belasting op als “totaal in kg, gelijkmatig verdeeld”, “kg per meter” of “kg in het midden” en wissel de ondersteuning tussen “op plankdragers (vrij opgelegd)” en “vastgeschroefd aan de zijwanden of in een groef (ingeklemd)”
- Reken terug vanaf een toelaatbare doorbuiging, zoals “hoogstens 3 mm” of “hoogstens 1/300 van de overspanning”, naar de maximale overspanning, de maximale belasting of de benodigde dikte
- Houd met een factor rekening met kruip (hout dat onder een langdurige belasting steeds verder doorbuigt) en zie ter informatie de buigspanning naast een gebruikelijke toelaatbare buigspanning van het materiaal
Waarvoor is deze berekening handig?
“Ik wil een boekenkast van 900 mm breed maken, is 18 mm lamellenplaat genoeg?” is een klassieke vraag bij het bouwen van een boekenkast. Ga je uit van een boekenkast met ook tijdschriften en grote naslagwerken en reken je (ruim genomen) met 30 kg aan boeken per meter, dan zakt een plank van grenen lamellenplaat van 250 mm diep, 18 mm dik en met een overspanning van 860 mm direct na het belasten ongeveer 1,9 mm door en met een kruipfactor van 2 ongeveer 3,8 mm (\(L/224\)). Dat komt boven de vuistregel \(L/300\) uit, dus het kan zichtbaar zijn, en dat kun je met getallen beoordelen.
Met een dikte van 25 mm wordt de doorbuiging \((18/25)^3 \approx 0{,}37\) keer zo groot en met een tussenschot dat de overspanning halveert, wordt hij 1/16. Je kunt vooraf vergelijken wat het best werkt: een dikkere plank, een tussenschot of een minder diepe plank waar minder op past.
De planken van meubels die je zelf in elkaar zet, zijn vaak spaanplaat of MDF, met bij dezelfde dikte maar ongeveer een derde van de elasticiteitsmodulus van hout. Zet je in totaal 25 kg aan ordners en tijdschriften op een plank van spaanplaat van 18 mm dik en 300 mm diep met een overspanning van 800 mm, dan geeft de berekening direct na het belasten ongeveer 4,5 mm doorbuiging en op lange termijn rond de 9 mm. Dat onderbouwt de regel “zware boeken en serviesgoed op smalle planken”.
Geeft de fabrikant een draagvermogen op (“houdt maximaal zoveel kg”), dan gaat die waarde voor. Gebruik deze berekening als richtlijn voor planken zonder opgegeven draagvermogen of als je zelf planken toevoegt.
Monteer je een plank met L-vormige plankdragers aan de muur, dan is de afstand tussen de dragers de overspanning. Steun je een plank van 1.200 mm met twee dragers, dan is de overspanning ongeveer 1.100 mm; een plank van grenen lamellenplaat van 250 mm diep en 20 mm dik met in totaal 20 kg serviesgoed zakt dan direct na het belasten ongeveer 2,3 mm door en met een kruipfactor van 2 ongeveer 4,5 mm (\(L/243\)). Met drie dragers halveert de overspanning en dezelfde belasting geeft maar 1/16 van de doorbuiging.
Het draagvermogen van de dragers zelf en de sterkte van de muur (alleen gipsplaat of in een stijl of de ondergrond) zitten niet in deze berekening, dus controleer die apart met de specificaties van de dragers en met wat er achter de muur zit.
Een aquarium van 60 cm weegt met water en grind ongeveer 70 tot 80 kg en staat vlak bij het midden van het blad. Hetzelfde gewicht in het midden geeft 1,6 keer zoveel doorbuiging als gelijkmatig verdeeld, dus rekenen met “in het midden” zit aan de veilige kant. Het resultaat verschilt sterk of het blad dik massief hout is of een dun laminaat.
Bij dingen die niet mogen kantelen als de plank doorbuigt, zoals een aquarium of een tv, wil je de doorbuiging vaak binnen 1 tot 2 mm houden en dan is de stand waarmee je terugrekent naar de benodigde dikte handig. Een aquarium hoort in principe op een daarvoor gemaakt onderstel (ook kantelen speelt mee), dus gebruik deze berekening alleen als richtlijn voor het ontwerp van een zelfgemaakt onderstel.
Een vlonderplank is een balk die op de regels rust en de overspanning is de afstand tussen de regels (bij een vlonder de onderregels). Neem een vlonderplank van grenen of vuren van 28 × 140 mm (bijvoorbeeld een formaat dat in de bouwmarkt veel voorkomt) op onderregels met een hart-op-hartafstand van 400 mm, met iemand die op de vlonder staat. Komt 30 kg van zijn gewicht midden op één plank terecht, dan zakt die ongeveer 0,17 mm door. Zijn de onderregels 600 mm uit elkaar, dan wordt de doorbuiging \((600/400)^3 \approx 3{,}4\) keer zo groot, ongeveer 0,57 mm.
Je ziet aan de getallen dat de regels dichter bij elkaar zetten het meest helpt tegen een veerkrachtige vloer. Voor een vloer waarop mensen lopen tellen naast de doorbuiging ook sterkte en bevestiging (het aantal schroeven), dus ga uit van de montagehandleiding van de fabrikant, en laat het zo nodig door een constructeur beoordelen.
De formule voor de doorbuiging van een balk is een van de eerste formules in een studie sterkteleer. Ze breidt de wet van Hooke (kracht evenredig met uitrekking) uit naar buiging. Dat de overspanning in de vierde macht meetelt en de dikte in de derde, is een inzicht dat je bij het ontwerp van bruggen, gebouwen en machineonderdelen steeds weer tegenkomt.
Controleer met getallen aan een gewone boekenkast dat “10% meer afstand tussen de zijwanden de doorbuiging ongeveer 50% groter maakt (\(1{,}1^4 \approx 1{,}46\))” en dat “een 10% dikkere plank de doorbuiging ongeveer 25% kleiner maakt (\(1 \div 1{,}1^3 \approx 0{,}75\))”. Dan zie je waarom de liggers van bruggen een hoge doorsnede hebben en waarom lange planken in het midden een steun hebben.
Formules en figuren
Symbolen en begrippen
Symbolen
| \(\delta\) | delta | De maximale doorbuiging (mm). De Griekse letter delta \(\delta\) wordt vaak gebruikt voor een verplaatsing (een verandering van plaats). Op deze pagina is het hoe ver het midden van de plank zakt (ook in het midden bij ingeklemde uiteinden of een puntlast). \(\delta_0\) is de doorbuiging direct na het belasten, \(\delta_{\text{lang}}\) de doorbuiging op lange termijn met kruip en \(\delta_a\) de toelaatbare doorbuiging (a van “allowable”). |
| \(w\) | kleine w | De belasting per mm (N/mm), de grootte van een gelijkmatig verdeelde belasting. Het komt van “weight” (gewicht). Het is de totale kracht op de plank \(W\) gedeeld door de overspanning \(L\). |
| \(W\) | hoofdletter W | De totale belasting op de plank (N). Een gewicht in kg reken je om naar N door met 9,80665 te vermenigvuldigen. De belasting per mm is \(w = W \div L\). |
| \(P\) | P | De puntlast in het midden (N). P is een gangbaar symbool voor een kracht en wordt gebruikt voor een belasting of puntlast. |
| \(L\) | L | De overspanning (mm), de L van “lengte”: de afstand tussen de steunen. Gebruik de afstand tussen de binnenkanten van de zijwanden (of tussen de plankdragers) en niet de buitenbreedte van de kast. |
| \(E\) | E | De elasticiteitsmodulus (modulus van Young), de E van “elasticiteit”. Hij geeft aan hoe stijf een materiaal is. Je geeft hem op in GPa; in de berekening wordt hij omgerekend naar N/mm² met \(1\ \mathrm{GPa} = 1.000\ \mathrm{N/mm^2}\). |
| \(I\) | I | Het traagheidsmoment (mm⁴), de I van het Engelse “moment of inertia of area” (oppervlaktetraagheidsmoment). Het laat zien hoe de vorm van de doorsnede buiging weerstaat. Voor een rechthoek is \(I = \dfrac{b h^3}{12}\). |
| \(b\) | b | De plankdiepte (mm). Het is de breedte (“breadth”) van de doorsnede van de balk, de maat van de plank van voor naar achter. |
| \(h\) | h | De plankdikte (mm). Het is de hoogte (“height”) van de doorsnede van de balk en telt in de derde macht mee in de doorbuiging, dus heeft het grootste effect. \(h_{\min}\) is de dikte die nodig is om binnen de toelaatbare doorbuiging te blijven. |
| \(k_c\) | k onder c | De kruipfactor, met c van “creep” (kruip). Hij geeft aan hoeveel keer de doorbuiging toeneemt bij een langdurige belasting. Standaard is 1 (de doorbuiging direct na het belasten); bij hout en plaatmateriaal van hout rekent men vaak met 1,5 tot 2. |
| \(n\) | n | De noemer van de doorbuigingsverhouding \(L/n\): de overspanning gedeeld door de doorbuiging. Lees het als “de doorbuiging is 1/\(n\) van de overspanning”. Bij \(L/300\) is \(n = 300\). |
| \(M\) | M | Het maximale buigend moment (N·mm), de M van “moment”. Het geeft aan hoe sterk de belasting de plank probeert te buigen. Bij een gelijkmatig verdeelde belasting, vrij opgelegd, is het in het midden \(\dfrac{w L^2}{8}\). |
| \(Z\) | Z | Het weerstandsmoment (mm³), een eigenschap van de doorsnede die je gebruikt om de buigspanning te vinden. Voor een rechthoek is \(Z = \dfrac{b h^2}{6}\). |
| \(\sigma\) | sigma | De buigspanning (N/mm²). De Griekse letter sigma \(\sigma\) wordt gebruikt voor spanning (kracht per oppervlakte-eenheid). Je vindt hem met \(\sigma = M \div Z\) en vergelijkt hem met de toelaatbare buigspanning \(f_b\). |
| \(f_b\) | f onder b | De toelaatbare buigspanning (N/mm²). De f staat voor een toelaatbare spanning en de kleine b voor “bending” (buigen). Het is de bovenste richtwaarde voor de buigspanning die een materiaal volgens de gebruikelijke aanpak veilig kan dragen bij een langdurige belasting, de referentiesterkte met een veiligheidsfactor. |
| \(\mathrm{N}\) | newton | De eenheid van kracht. De zwaartekracht op een voorwerp van 1 kg is ongeveer 9,80665 N (\(1\ \mathrm{kgf} = 9{,}80665\ \mathrm{N}\)). Deze pagina rekent het gewicht dat je in kg invult intern om naar N. |
| \(\mathrm{N/mm^2}\) | newton per vierkante millimeter | Een eenheid voor spanning en voor de elasticiteitsmodulus: hoeveel newton kracht op elke vierkante millimeter werkt. Hij is gelijk aan 1 MPa (megapascal) en \(1\ \mathrm{GPa} = 1.000\ \mathrm{N/mm^2}\). |
| \(\approx\) | is ongeveer gelijk aan | Het teken voor “ongeveer gelijk aan”. Je gebruikt het als je een waarde die niet precies uitkomt, op een aantal decimalen afrondt. |
Begrippen
| doorbuiging | Hoever een plank of staaf doorbuigt, dus hoe ver hij onder een kracht van opzij naar beneden zakt ten opzichte van de oorspronkelijke stand (mm). Ook wel doorzakken genoemd. Het midden van een plank zakt het meest, dus de “maximale doorbuiging” op deze pagina is hoe ver het midden zakt. Een grote doorbuiging is niet alleen lelijk; de plank kan ook van zijn steunen glijden of een schuifdeur blokkeren. |
| balk | Een lang onderdeel dat bijvoorbeeld aan beide uiteinden wordt ondersteund en doorbuigt onder een belasting van opzij. Planken, vloerregels, brugliggers en de balken van gebouwen kun je allemaal als balk doorrekenen, en de formules op deze pagina zijn de basisformules voor de doorbuiging van een balk uit de sterkteleer. |
| overspanning | De afstand tussen de steunen (mm). Bij een plank is dat de afstand tussen de binnenkanten van de zijwanden of tussen de plankdragers en niet de volledige lengte van de plank. De doorbuiging is evenredig met de vierde macht van de overspanning (de derde macht bij een puntlast), dus als je in het midden een steun zet en zo de overspanning halveert, wordt de doorbuiging 1/16. |
| gelijkmatig verdeelde belasting | Een belasting die gelijkmatig over de hele plank verdeeld is. Een boekenplank vol boeken of een plank vol serviesgoed lijkt hier sterk op. Je geeft haar op als de belasting per mm \(w\) (N/mm). Vul je het totaal \(W\) voor de hele plank in, dan wordt het omgerekend met \(w = W \div L\). |
| puntlast | Een belasting op één plek, bijvoorbeeld één tv of aquarium midden op een plank. Bij hetzelfde gewicht geeft het 1,6 keer zo veel doorbuiging als een gelijkmatig verdeelde belasting. Schuif je de belasting dicht naar een steun, dan wordt de doorbuiging veel kleiner. |
| vrij opgelegd | Een manier van ondersteunen waarbij beide uiteinden alleen op de steunen liggen, zodat de uiteinden vrij kunnen kantelen (draaien). Een verstelbare plank op plankdragers komt hier dicht bij in de buurt en buigt bij dezelfde omstandigheden meer door dan bij ingeklemde uiteinden. Twijfel je, reken dan zo om aan de veilige kant te blijven. |
| ingeklemd | Een manier van ondersteunen waarbij beide uiteinden stevig vastzitten en niet kunnen draaien. Een vaste plank die aan de zijwanden is vastgeschroefd of in groeven zit, komt hier dicht bij in de buurt en de doorbuiging is dan 1/5 van de waarde bij vrij opgelegd (1/4 bij een puntlast). Echte planken zijn nooit helemaal ingeklemd, dus ze zitten ergens tussen beide gevallen in. |
| elasticiteitsmodulus | Een waarde die aangeeft hoe stijf een materiaal is, ook wel modulus van Young of E-modulus genoemd. Bij dezelfde vorm en belasting buigt een materiaal met een twee keer zo grote elasticiteitsmodulus half zo veel door. Veelgebruikte richtwaarden: voor hout langs de vezel 9 tot 16 GPa (nl.wikipedia: Elasticiteitsmodulus), voor MDF ongeveer 3 tot 4 GPa, voor spaanplaat ongeveer 2 tot 3 GPa, voor glas en aluminium ongeveer 70 GPa en voor staal ongeveer 200 tot 210 GPa. Hout is langs de vezel veel stijver dan dwars op de vezel; deze pagina gebruikt de waarde in de lengterichting van de plank (langs de vezel). |
| traagheidsmoment | Een waarde die aangeeft hoe goed de vorm van de doorsnede buiging weerstaat, in mm⁴. Voor een rechthoek is het diepte × dikte tot de derde macht ÷ 12, dus bij een twee keer zo dikke plank wordt het 8 keer zo groot. Dezelfde hoeveelheid materiaal geeft een grotere waarde als je het “op zijn kant” gebruikt (daarom buigt een plank die op zijn kant staat minder door dan een liggende plank). |
| weerstandsmoment | Een eigenschap van de doorsnede die je gebruikt om de buigspanning te vinden, in mm³. Het is het traagheidsmoment gedeeld door de afstand van de neutrale lijn tot het oppervlak (bij een rechthoek de halve dikte), en dat geeft voor een rechthoek diepte × dikte in het kwadraat ÷ 6. |
| neutrale lijn | Buig je een plank door, dan wordt de bovenkant korter en de onderkant langer, maar daartussen zit een laag die niet langer of korter wordt. Die laag is de neutrale lijn (neutrale vlak), bij een rechthoek precies in het midden van de dikte. Hoe verder een deel van de neutrale lijn ligt, hoe meer het wordt uitgerekt of ingedrukt en hoe meer het buiging tegenhoudt. |
| buigend moment | Hoe sterk een belasting een plank probeert te buigen (N·mm). Het wordt bepaald door “kracht × afstand tot de steun”. Bij een plank met een gelijkmatig verdeelde belasting, vrij opgelegd, is het in het midden het grootst: \(\dfrac{w L^2}{8}\). Bij ingeklemde uiteinden is het aan de uiteinden het grootst. |
| buigspanning | De kracht per oppervlakte-eenheid aan het oppervlak (boven- en onderkant) van het materiaal door buiging (N/mm²). Het is het buigend moment ÷ het weerstandsmoment en zolang de spanning niet boven de toelaatbare buigspanning van het materiaal komt, beschouwt men het materiaal als “breekt waarschijnlijk niet”. |
| toelaatbare buigspanning | Een richtwaarde voor de hoogste buigspanning die een materiaal volgens de gebruikelijke aanpak veilig kan dragen bij een langdurige belasting (N/mm²). Het is de referentiesterkte van het materiaal gedeeld door een veiligheidsfactor; voor hout wordt bij een langdurige belasting vaak ongeveer 8 tot 10 N/mm² genoemd. Ze verschilt sterk per kwaliteit, noesten, vochtgehalte en product, dus de waarden op deze pagina zijn alleen ter informatie en geen garantie voor veiligheid. |
| kruip | Het verschijnsel dat de vervorming na verloop van tijd langzaam toeneemt als een vaste belasting blijft werken. Het is duidelijk merkbaar bij materialen op houtbasis zoals massief hout, multiplex, MDF en spaanplaat, waar de doorbuiging op lange termijn vaak 1,5 tot 2 keer de waarde direct na het belasten bereikt, en meer in een vochtige omgeving. Bij staal en glas op kamertemperatuur is het te verwaarlozen. |
| doorbuigingsverhouding | De overspanning gedeeld door de doorbuiging (\(L/\delta\)); die laat zien welk deel van de overspanning de doorbuiging is. Een veelgebruikte vuistregel is dat \(L/300\) (1/300 van de overspanning) of minder nauwelijks opvalt, terwijl \(L/200\) afhankelijk van het gebruik kan storen. Het is een vuistregel voor uiterlijk en gebruiksgemak en geen veiligheidsnorm. |
| lamellenplaat | Een brede plank die is gemaakt door smalle stroken hout (lamellen) met de vezelrichting dezelfde kant op naast elkaar te lijmen. Lamellenplaat van grenen is een gangbaar plankmateriaal in de bouwmarkt. Het trekt minder krom en is gelijkmatiger van kwaliteit dan een massieve plank, maar de elasticiteitsmodulus is ongeveer gelijk aan die van het hout waarvan het is gemaakt. |
| MDF | Een plaat van houtvezels die met hars aan elkaar zijn gelijmd; de letters staan voor Medium Density Fibreboard. Het oppervlak is vlak en makkelijk te bewerken, maar de elasticiteitsmodulus is minder dan de helft van die van hout (ongeveer 3 tot 4 GPa), dus MDF buigt snel door en vertoont meer kruip. Bij dezelfde dikte buigt het meer door dan een lamellenplaat. |
| spaanplaat | Een plaat van houtspaanders die met hars aan elkaar zijn gelijmd, vaak met een melamine-afwerking gebruikt voor de planken van meubels die je zelf in elkaar zet. De elasticiteitsmodulus is laag (ongeveer 2 tot 3 GPa) en de plaat is niet erg sterk, dus ze doet het slechter bij zowel doorbuiging als draagvermogen. Ze is niet geschikt voor lange planken of zware boeken. |
| newton | De eenheid van kracht (symbool N). Op een voorwerp van 1 kg werkt door de aarde een zwaartekracht van ongeveer 9,80665 N. Deze pagina rekent het gewicht in kg dat je invult intern om naar newton. Een kracht van 1 N is ongeveer het gewicht van een voorwerp van 100 gram. |
Handig om vooraf te weten
Dit helpt je om de berekening op deze pagina met echt begrip te gebruiken, en niet alleen door op de knop te drukken.
Loop je vast, dan is terugkeren naar deze onderwerpen de snelste weg vooruit.
| Machten (klas 1-2, 12-14 jaar) |
|
| Evenredig en omgekeerd evenredig (klas 1-2, 12-14 jaar) |
|
| Formules met letters en formules herleiden (klas 2-3, 13-15 jaar) |
|
| Wortels en n-demachtswortels (klas 3-4, 14-16 jaar) |
|
| Wetenschappelijke notatie en rekenen met grote getallen (klas 3-4 en natuurkunde, 14-16 jaar) |
|
| Kracht, druk en de wet van Hooke (natuurkunde, klas 2-4, 13-16 jaar) |
|
Berekenen met Excel
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Weerstandsmoment Z (mm³) | =B1*B2^2/6 |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Overspanning L (mm) | 900 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 9 |
| Totale belasting W (kg) | 30 |
| Kruipfactor k_c | 1 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Belasting per mm w (N/mm) | =B5*9,80665/B3 |
| Maximale doorbuiging δ (mm) | =5*B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6 |
| Doorbuigingsverhouding L/δ, noemer n | =B3/B9 |
| Plankdiepte b (mm) | 300 |
| Plankdikte h (mm) | 25 |
| Overspanning L (mm) | 800 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 11 |
| Puntlast in het midden P (kg) | 20 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Maximale doorbuiging δ (mm) | =B5*9,80665*B3^3/(48*B4*1000*B6) |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 9 |
| Belasting per meter w (kg/m) | 25 |
| Toelaatbare doorbuiging δa (mm) | 3 |
| Kruipfactor k_c | 1 |
| Overspanning L (mm, voor de maximale belasting) | 900 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Maximale overspanning L_max (mm) | =(384*B3*1000*B8*B5/(5*B4*9,80665/1000*B6))^(1/4) |
| Maximale belasting w_max (kg/m) | =384*B3*1000*B8*B5/(5*B6*B7^4)*1000/9,80665 |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Overspanning L (mm) | 900 |
| Totale belasting W (kg) | 30 |
| Toelaatbare buigspanning f_b (N/mm²) | 9 |
| Weerstandsmoment Z (mm³) | =B1*B2^2/6 |
| Maximaal buigend moment M (N·mm) | =B4*9,80665/B3*B3^2/8 |
| Buigspanning σ (N/mm²) | =B7/B6 |
| Aandeel van de toelaatbare buigspanning (%) | =B8/B5*100 |
De eerste tabel is een plank van 250 mm diep en 18 mm dik: B3 wordt 121500 (mm⁴) en B4 wordt 13500 (mm³). De tweede tabel is grenen lamellenplaat (9 GPa) met een overspanning van 900 mm en in totaal 30 kg: B9 is ongeveer 2,55 (mm) en B10 ongeveer 352 (de doorbuiging is 1/352 van de overspanning). Voor ingeklemde uiteinden haal je in B9 het “5*” weg, zodat er staat “=B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6”.
De derde tabel is eiken (11 GPa) met een overspanning van 800 mm en 20 kg in het midden: B7 is ongeveer 0,49 (mm). Voor ingeklemde uiteinden verander je “48” in “192”. De vierde tabel gaat uit van een toelaatbare doorbuiging van 3 mm en 25 kg per meter: B9 is ongeveer 1006,8 (mm; de rekenmachine rondt voor de veiligheid naar beneden af en toont 1.006) en B10 ongeveer 39,16 (kg/m; de rekenmachine rondt af naar beneden op 0,1 en toont 39,1). De vijfde tabel is de buigspanning: B8 is ongeveer 2,45 (N/mm²) en B9 ongeveer 27 (%).
“^” is machtsverheffen (B2^3 is de dikte tot de derde macht), “*” is vermenigvuldigen en “/” is delen. De elasticiteitsmodulus vul je in GPa in en in de formule wordt met 1000 vermenigvuldigd om N/mm² te krijgen.
Berekenen met Google Spreadsheets
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Weerstandsmoment Z (mm³) | =B1*B2^2/6 |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Overspanning L (mm) | 900 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 9 |
| Totale belasting W (kg) | 30 |
| Kruipfactor k_c | 1 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Belasting per mm w (N/mm) | =B5*9,80665/B3 |
| Maximale doorbuiging δ (mm) | =5*B8*B3^4/(384*B4*1000*B7)*B6 |
| Doorbuigingsverhouding L/δ, noemer n | =B3/B9 |
| Plankdiepte b (mm) | 300 |
| Plankdikte h (mm) | 25 |
| Overspanning L (mm) | 800 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 11 |
| Puntlast in het midden P (kg) | 20 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Maximale doorbuiging δ (mm) | =B5*9,80665*B3^3/(48*B4*1000*B6) |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Elasticiteitsmodulus E (GPa) | 9 |
| Belasting per meter w (kg/m) | 25 |
| Toelaatbare doorbuiging δa (mm) | 3 |
| Kruipfactor k_c | 1 |
| Overspanning L (mm, voor de maximale belasting) | 900 |
| Traagheidsmoment I (mm⁴) | =B1*B2^3/12 |
| Maximale overspanning L_max (mm) | =(384*B3*1000*B8*B5/(5*B4*9,80665/1000*B6))^(1/4) |
| Maximale belasting w_max (kg/m) | =384*B3*1000*B8*B5/(5*B6*B7^4)*1000/9,80665 |
| Plankdiepte b (mm) | 250 |
| Plankdikte h (mm) | 18 |
| Overspanning L (mm) | 900 |
| Totale belasting W (kg) | 30 |
| Toelaatbare buigspanning f_b (N/mm²) | 9 |
| Weerstandsmoment Z (mm³) | =B1*B2^2/6 |
| Maximaal buigend moment M (N·mm) | =B4*9,80665/B3*B3^2/8 |
| Buigspanning σ (N/mm²) | =B7/B6 |
| Aandeel van de toelaatbare buigspanning (%) | =B8/B5*100 |
Berekenen met Python
depth_mm = 250 # plankdiepte b (mm)
thickness_mm = 18 # plankdikte h (mm)
span_mm = 900 # overspanning L (afstand tussen de steunen, mm)
young_gpa = 9 # elasticiteitsmodulus E (GPa). Richtwaarde voor grenen lamellenplaat
load_kg = 30 # totale belasting W (kg), gelijkmatig over de plank verdeeld
creep_factor = 1 # kruipfactor (bij een langdurige belasting ongeveer 1,5 tot 2)
support = "simple" # "simple" = op plankdragers (vrij opgelegd), "fixed" = ingeklemd
allow_stress = 9 # toelaatbare buigspanning f_b (N/mm²), richtwaarde
GRAVITY = 9.80665 # 1 kgf = 9,80665 N
young = young_gpa * 1000 # GPa -> N/mm²
inertia = depth_mm * thickness_mm ** 3 / 12 # traagheidsmoment I (mm⁴)
section_modulus = depth_mm * thickness_mm ** 2 / 6 # weerstandsmoment Z (mm³)
load_n_per_mm = load_kg * GRAVITY / span_mm # belasting per mm w (N/mm)
coef = 5 / 384 if support == "simple" else 1 / 384
deflection = coef * load_n_per_mm * span_mm ** 4 / (young * inertia)
deflection_long = deflection * creep_factor
ratio_n = span_mm / deflection_long
print(f"Traagheidsmoment I = {inertia:,.1f} mm⁴")
print(f"Maximale doorbuiging = {deflection:.2f} mm (lange termijn {deflection_long:.2f} mm, doorbuigingsverhouding L/{ratio_n:.0f})")
moment = load_n_per_mm * span_mm ** 2 / (8 if support == "simple" else 12)
stress = moment / section_modulus
print(f"Buigspanning = {stress:.2f} N/mm² ({stress / allow_stress * 100:.1f}% van de toelaatbare buigspanning van {allow_stress}, ter informatie)")
allow_mm = 3
load_kg_per_m = 25
w = load_kg_per_m * GRAVITY / 1000 # kg/m -> N/mm
span_max = (384 * young * inertia * allow_mm / (5 * w * creep_factor)) ** 0.25
w_max = 384 * young * inertia * allow_mm / (5 * creep_factor * span_mm ** 4)
span_max_floor = int(span_max)
w_max_kg_per_m_floor = int(w_max * 1000 / GRAVITY * 10) / 10
print(f"Maximale overspanning bij een toelaatbare doorbuiging van {allow_mm} mm = {span_max_floor} mm ({load_kg_per_m} kg per meter, naar beneden afgerond op 1 mm)")
print(f"Maximale belasting bij een overspanning van {span_mm} mm = {w_max_kg_per_m_floor} kg/m (naar beneden afgerond op 0,1)")
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
I = b × h³ ÷ 12, Z = b × h² ÷ 6
I = \frac{b h^{3}}{12},\quad Z = \frac{b h^{2}}{6}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>I</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>b</mi><msup><mi>h</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mn>12</mn></mfrac>
<mo>,</mo>
<mi>Z</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>b</mi><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>6</mn></mfrac>
</mrow>
</math>
I = (b h^3) / 12, Z = (b h^2) / 6
{b*h^3/12, b*h^2/6}
Iz := b*h^3/12; Z := b*h^2/6;
I = b*h^3/12; Z = b*h^2/6; % b: diepte (mm), h: dikte (mm)
I = b h^3/12, Z = b h^2/6
δ = 5 × w × L⁴ ÷ (384 × E × I) (vrij opgelegd), δ = w × L⁴ ÷ (384 × E × I) (ingeklemd)
\delta = \frac{5 w L^{4}}{384 E I}\ \text{(vrij opgelegd)},\quad \delta = \frac{w L^{4}}{384 E I}\ \text{(ingeklemd)}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>δ</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mn>5</mn><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
<mo>,</mo>
<mi>δ</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
</mrow>
</math>
delta = (5 w L^4) / (384 E I), delta = (w L^4) / (384 E I)
{5*w*L^4/(384*Ey*Iz), w*L^4/(384*Ey*Iz)}
delta_simple := 5*w*L^4/(384*E*Iz); delta_fixed := w*L^4/(384*E*Iz);
delta_simple = 5*w*L^4/(384*E*I); delta_fixed = w*L^4/(384*E*I); % w in N/mm, L in mm, E in N/mm^2, I in mm^4
δ = 5 w L^4/(384 E I), δ = w L^4/(384 E I)
δ = P × L³ ÷ (48 × E × I) (vrij opgelegd), δ = P × L³ ÷ (192 × E × I) (ingeklemd)
\delta = \frac{P L^{3}}{48 E I}\ \text{(vrij opgelegd)},\quad \delta = \frac{P L^{3}}{192 E I}\ \text{(ingeklemd)}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>δ</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>P</mi><msup><mi>L</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mn>48</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
<mo>,</mo>
<mi>δ</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>P</mi><msup><mi>L</mi><mn>3</mn></msup></mrow><mrow><mn>192</mn><mi>E</mi><mi>I</mi></mrow></mfrac>
</mrow>
</math>
delta = (P L^3) / (48 E I), delta = (P L^3) / (192 E I)
{P*L^3/(48*Ey*Iz), P*L^3/(192*Ey*Iz)}
delta_simple := P*L^3/(48*E*Iz); delta_fixed := P*L^3/(192*E*Iz);
delta_simple = P*L^3/(48*E*I); delta_fixed = P*L^3/(192*E*I); % P in N, L in mm, E in N/mm^2, I in mm^4
δ = P L^3/(48 E I), δ = P L^3/(192 E I)
δ_lang = k_c × δ₀, n = L ÷ δ_lang
\delta_{\mathrm{lang}} = k_c \, \delta_0,\quad n = \frac{L}{\delta_{\mathrm{lang}}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>δ</mi><mi>lang</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><msub><mi>δ</mi><mn>0</mn></msub>
<mo>,</mo>
<mi>n</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>L</mi><msub><mi>δ</mi><mi>lang</mi></msub></mfrac>
</mrow>
</math>
delta_(lang) = k_c * delta_0, n = L / delta_(lang)
{kc*delta0, L/(kc*delta0)}
delta_lang := kc*delta0; n := L/delta_lang;
delta_lang = kc*delta0; n = L/delta_lang; % kc: kruipfactor, delta0: doorbuiging direct na het belasten (mm)
δ_lang = k_c δ_0, n = L/δ_lang
L_max = (384 × E × I × δ_a ÷ (5 × w × k_c))^(1/4), w_max = 384 × E × I × δ_a ÷ (5 × k_c × L⁴)
L_{\max} = \sqrt[4]{\frac{384 E I \delta_a}{5 w k_c}},\quad w_{\max} = \frac{384 E I \delta_a}{5 k_c L^{4}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>L</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo>
<mroot><mfrac><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi><msub><mi>δ</mi><mi>a</mi></msub></mrow><mrow><mn>5</mn><mi>w</mi><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac><mn>4</mn></mroot>
<mo>,</mo>
<msub><mi>w</mi><mi>max</mi></msub><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mn>384</mn><mi>E</mi><mi>I</mi><msub><mi>δ</mi><mi>a</mi></msub></mrow><mrow><mn>5</mn><msub><mi>k</mi><mi>c</mi></msub><msup><mi>L</mi><mn>4</mn></msup></mrow></mfrac>
</mrow>
</math>
L_max = root(4)((384 E I delta_a) / (5 w k_c)), w_max = (384 E I delta_a) / (5 k_c L^4)
{(384*Ey*Iz*deltaA/(5*w*kc))^(1/4), 384*Ey*Iz*deltaA/(5*kc*L^4)}
Lmax := (384*E*Iz*deltaA/(5*w*kc))^(1/4); wmax := 384*E*Iz*deltaA/(5*kc*L^4);
Lmax = (384*E*I*deltaA/(5*w*kc))^(1/4); wmax = 384*E*I*deltaA/(5*kc*L^4); % deltaA: toelaatbare doorbuiging (mm), kc: kruipfactor
L_max = (384 E I δ_a/(5 w k_c))^(1/4), w_max = 384 E I δ_a/(5 k_c L^4)
M = w × L² ÷ 8, σ = M ÷ Z
M = \frac{w L^{2}}{8},\quad \sigma = \frac{M}{Z}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>M</mi><mo>=</mo>
<mfrac><mrow><mi>w</mi><msup><mi>L</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>8</mn></mfrac>
<mo>,</mo>
<mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>M</mi><mi>Z</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
M = (w L^2) / 8, sigma = M / Z
{w*L^2/8, (w*L^2/8)/Z}
M := w*L^2/8; sigma := M/Z;
M = w*L^2/8; sigma = M/Z; % w in N/mm, L in mm, Z in mm^3
M = w L^2/8, σ = M/Z
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
Je bent een rekenassistent voor sterkteleer (doorbuiging van balken). Voer de volgende berekening uit door echt Python-code uit te voeren en baseer je antwoord alleen op de getallen uit het resultaat van de uitvoering (geef geen antwoord uit hoofdrekenen of op basis van een gok). Een plank van grenen lamellenplaat van 250 mm diep en 18 mm dik (elasticiteitsmodulus 9 GPa = 9.000 N/mm²) ligt op plankdragers met een overspanning van 900 mm (vrij opgelegd) en daarop staat gelijkmatig verdeeld in totaal 30 kg aan boeken. Neem 1 kg = 9,80665 N. Bereken elk van de volgende waarden: 1. Het traagheidsmoment I = b × h³ ÷ 12 (mm⁴) en het weerstandsmoment Z = b × h² ÷ 6 (mm³) 2. De belasting per mm w = 30 × 9,80665 ÷ 900 (N/mm), de maximale doorbuiging δ = 5 × w × L⁴ ÷ (384 × E × I) (mm) en de doorbuigingsverhouding L/δ 3. De maximale doorbuiging (mm) bij ingeklemde uiteinden (δ = w × L⁴ ÷ (384 × E × I)) 4. De doorbuiging op lange termijn (mm) met een kruipfactor 2 en of die L/300 of minder is 5. De buigspanning σ = (w × L² ÷ 8) ÷ Z (N/mm²) en het percentage van een toelaatbare buigspanning van 9 N/mm² 6. De maximale overspanning waarbij de doorbuiging binnen 3 mm blijft, L_max = (384 × E × I × 3 ÷ (5 × w))^(1/4) (mm; neem voor w 25 kg per meter = 0,2452 N/mm) Laat de formules zien die je hebt gebruikt en de getallen uit het resultaat van de uitvoering.
Zo werkt het
-
1Vul je getallen inTyp de getallen waarmee je wilt rekenen in de invoervelden
-
2BerekenKlik op de knop “Berekenen”
-
3Bekijk het resultaatHet resultaat verschijnt meteen. Op dezelfde pagina vind je ook de uitwerking van de berekening en de uitleg van de formule
Kenmerken van DataChef
Geen voorkennis nodig – intuïtieve en eenvoudige bediening
Zonder persoonlijke gegevens op te geven
Bestand wordt automatisch verwijderd zodra je op "Downloaden" klikt
Geen bronvermelding vereist
Geen toestemming vooraf nodig