Чому нерозумно вибирати циліндричний горизонтальний промінь

Я чув, що нерозумно вибирати циліндричний горизонтальний промінь. Моє питання чому?

Міцність горизонтального променя визначається на основі властивості, що називається модулем перерізу . Форми, у яких більше матеріалу розподілено вгорі і внизу, мають модуль вищого перерізу. Ось чому балки або високі прямокутники у формі I - це звичайний вибір. З іншого боку, круглі форми мають більшу частину свого матеріалу, сконцентровану навколо центру форми, і вгорі і внизу дуже мало, тому вони не роблять дуже сильних пучків. Це означає, що круглий брус знадобиться набагато більше матеріалу, щоб досягти такої ж міцності, як і брус більш високої форми.

Це ви могли зрозуміти інтуїтивно, якщо взяти лінійку або інший шматок тонкого матеріалу, який вам зручно, і спробувати зігнути його. Ви помітите, що в плоскому напрямку він дуже слабкий і легко згинається. Однак у широкому напрямку він досить сильний. Навіть незважаючи на те, що шматок матеріалу однакового розміру, його наявність у верхній і нижній частині робить його міцнішим.

Причину цього не надто важко зрозуміти, коли промінь прогинається, він не може залишатися ідеально прямим. Для формування кривої вона повинна трохи змінити форму. Верхня частина її стискається (штовхається всередину), а нижня частина відчуває напругу при розтягуванні (розтягується.) Коли ви рухаєтеся ближче до центру, то менше напруження кожного типу. Насправді, коли ви добираєтесь до середини, промінь ні розривається, ні стискається разом, це називається "нейтральна вісь". Отже, верх і низ повинні бути міцними, щоб протистояти стискуванню і натягу, але центр повинен бути достатньо міцним, щоб усе було прикріплене.

Якщо ви дійсно хотіли використовувати циліндричну форму для горизонтального бруса (можливо, з візуальних причин або вітростійкості), кругла трубка була б ефективнішою, ніж суцільний циліндр, оскільки у неї менше матеріалу навколо нейтральної осі. Це все ще не буде настільки ефективним, як прямокутна труба або традиційна конструкційна форма.

Циліндричний брус, мабуть, не найкращий промінь для даної ситуації. Це не означає, що немає конкретних ситуацій, коли циліндрична балка була б корисною.

Плюси

• Може протистояти однаковому навантаженню в будь-якому напрямку або комбінації напрямів. Він настільки ж сильний у горизонтальному напрямку, як і вертикальний.
• Не потрібно турбуватися або перевіряти граничний стан бокового кручення (LTB).
• Добре працює як промінь-стовпчик (моменти та осьові навантаження разом).
• Кругла форма може мати меншу площу поверхні, ніж інші форми, якщо розглядати такі речі, як пофарбована область або нарощування льоду.

Мінуси

• Не настільки ефективна (вага матеріалу на міцність), як I-образна форма для навантажень лише в одному напрямку.
• Розділи можуть бути важко знайти або дорожче, ніж більш поширені форми.
• З'єднання на кінцях та з іншими членами, що входять збоку, складніші.
• Жорсткі елементи в зонах концентрованих навантажень складніше проектувати та виготовляти.

Якщо один із пунктів у списку "Професіоналів" сильно не перевершує "Мінуси", циліндрична балка, мабуть, не найкращий варіант.

Використання циліндричного горизонтального бруса нерозумно в тому, що він додає ваги, яка не надає додаткової міцності. Тому ви платите за непотрібний матеріал, який є нерозумним, якщо тільки естетичні проблеми не вимагають використання форми циліндра. Вкрай незвичні бічні навантаження можуть зробити вибір циліндричної балки як варіант, але ці сили, як правило, вирішуються з іншими компонентами конструкції.