9.2 Vaatimusten määrittely

Rakenteellinen suunnittelu on käytännössä mahdotonta, ellei tuotteeseen kohdistuvia kuormia ole määritelty. Mikäli kuormia ei tunneta, ne on määritettävä laskennallisesti tai mittaamalla. Lopulliset suunnittelukuormat valitaan niin, että niiden ylittyminen rakennetta käytettäessä on erittäin epätodennäköistä.

Monet rakenteet, esimerkiksi säiliöt, ovat pääsääntöisesti staattisesti kuormitettuja. Tällaisten rakenteiden kuormat on yleensä melko helppo määrittää. Kuormien ohella on tunnettava niiden vaikutusaika eli rakenteen suunniteltu elinikä, sillä materiaalit saattavat kuormitettuna virua. Jos kuormitus välillä poistetaan, on myös tunnettava kuormituskertojen lukumäärä eliniän aikana, jotta materiaalin väsyminen voitaisiin ottaa huomioon.

Koneiden ja kuljetusvälineiden osiin sekä muihin vastaaviin tuotteisiin kohdistuvat kuormat ovat toistuvia. Rakenteiden mitoittamiseksi on tunnettava merkittävien kuormien suuruus ja erisuuruisten kuormien esiintymiskerrat. Mikäli kuormitusvaihtelut ovat nopeita, on myös kuormitustaajuus tunnettava, sillä huonona lämmönjohteena muovikomposiitti lämpiää merkittävästi jo melko matalataajuisenkin toistuvan kuorman vaikutuksesta.

Normaalien käyttökuormien ohella on määriteltävä merkittävät, rakenteeseen satunnaisesti vaikuttavat kuormitukset. Tällaisia kuormia ovat mm. iskukuormat, jotka vaurioittavat rakennetta sitä helpommin, mitä hauraampaa rakennemateriaali on. Esimerkkejä iskukuormista ovat kiven iskeytymät, huollossa tapahtuvat työkalujen putoamiset yms.

Rakennemitoituksen pohjaksi on lisäksi pystyttävä määrittelemään ympäristötekijät, jotka vaikuttavat rakenteen kuormittumiseen tai rakennemateriaalien ominaisuuksiin. Näistä tärkeimpiä ovat lämpötila, kosteus ja rakenteeseen mahdollisesti vaikuttavat kemikaalit. Rakennetta saattaa heikentää myös mekaaninen hankaus.

Ääriolosuhteiden ohella on arvioitava ympäristömuutosten suuruus ja lukumäärä, sillä ympäristön vaihtelu voi olla merkittävä osa rakenteen väsymisrasituksesta. Rakenteen kanssa kosketuksissa olevat kemikaalit vaikuttavat erityisesti matriisiaineen ja mahdollisen suojaavan pinnoituksen valintaan. Kemikaalit ja niiden pitoisuudet tulisi pystyä määrittelemään mahdollisimman tarkoin, sillä materiaalien kemiallinen kestävyys on hyvin yksilöllinen. On myös huomattava, että joidenkin kemikaalien vaikutus saattaa tulla esiin vasta kun kemikaali vaikuttaa rakenteeseen samanaikaisesti mekaanisen kuorman kanssa.

Rakenteiden käyttöturvallisuuden takaamiseksi myös viranomaiset asettavat monille tuotteille vaatimuksia. Niissä voidaan hyvinkin yksityiskohtaisesti määritellä tuotteen mitoituskuormat, rakennemateriaalit, rakenneperiaatteet sekä mitoitus- valmistus- ja laadunvarmistusmenetelmät. Vaatimukset on julkaistu sovellutusalueesta riippuen määräyskokoelmina, normeina tai standardeina.

Teollisuudessa käytettävien lujitemuoviputkien, paineastioiden ja nestesäiliöiden osalta viranomaisvaatimukset ovat varsin yksityiskohtaisia. Vaatimuksia on esitetty kansallisissa ja kansainvälisissä standardeissa ja normeissa. Rakenteiden suunnittelusta on julkaistu myös suunnitteluohjeita. Paineastiat sekä vaarallisia aineita sisältävät säiliöt ja putkistot ovat lakien ja asetusten alaisia. Rakenteita sekä niiden valmistusta ja tarkastusta valvovat viranomaiset. Suomessa valvova viranomainen on Turvatekniikan keskus, josta saa tarkempaa tietoa noudatettavista standardeista ja normeista, suunnitteluohjeista sekä rakenteiden hyväksyntään liittyvistä viranomaismenettelyistä (www.tukes.fi).

Lujitemuoviveneitä koskevat vaatimukset on määritelty Euroopan Unionin huvivenedirektiivissä. Direktiivin tukena on joukko EU-standardeja. Direktiivin mukaan valmistetut ja sen mukaisella CE-merkinnällä varustetut veneet ovat myyntikelpoisia kaikissa EU-maissa ilman erillistä paikallista hyväksyntää. Huvivenedirektiivin markkinavalvonta kuuluu Suomessa Merenkulkulaitokselle (www.fma.fi). 

Lujitemuovisia lentokonerakenteita koskevat vaatimukset sisältyvät ilmailumääräyksiin. Tärkeimpiä määräyskokoelmia ovat Euroopan ilmailuviranomaisen EASA:n (European Aviation Safety Agency) ja USA:n kansallisen ilmailuviranomaisen FAA:n (Federal Aviation Administration) julkaisemat määräykset. Määräysten ohella viranomaiset julkaisevat ohjeluonteisia tiedotteita. USA:n siviili- ja sotilasviranomaisten sekä ilmailuteollisuuden yhteistyössä laatima suunnittelukäsikirja MIL-HDBK-17B antaa myös ohjeita erityisesti lujitemuovimateriaalien ja materiaaliyhdistelmien suunnitteluarvojen määritysmenetelmistä. Lentokonerakenteiden suunnittelu ja valmistus on luvanvaraista toimintaa. Suomessa valvonnan hoitaa Liikenne- ja viestintävirasto Traficom.