Властивості шестикутної форми проти круглої форми трубки

Чи є в конструкції рами велосипеда якісь відмінності між шестикутною трубкою поперечного перерізу замість типових круглих труб?

Якщо припустити, що обидва виготовлені з одного алюмінієвого сплаву та мають однакову товщину стінок, чи існують відмінності у вазі, міцності чи довговічності? Чи має шестикутна форма якусь особливу перевагу перед круглою трубкою?

Додатковим фактором є те, що будь-яка секція, яка має визначені кути, буде схильна концентрувати напругу по кутах, а не рівномірно розподілятися по всій секції.

За допомогою труб це може бути подвійним ефектом, що, можливо, у вас є робоче загартовування від виробничого процесу, зосередженого також у кутах. Якщо секція має рівномірну товщину стінок, то це, безумовно, означає, що частина матеріалу ефективно витрачається, оскільки кути матимуть урожай перед плоскою, і в гіршому випадку це може призвести до появи тріщин і втоми.

Це досить хороше правило в структурах, що будь-яка перерваність представляє в кращому випадку неефективність, а в гіршому - потенційну точку відмови. Ідеальна структура матиме плавно мінливий переріз, розмір перерізу пропорційний напруги на ньому, адже кістки є прекрасним прикладом цього. Хоча це в більшості випадків недоцільно для виготовлених каркасних конструкцій.

Звичайно, є й інші прагматичні міркування, які слід враховувати, наприклад, квадратну або прямокутну трубу з’єднати набагато простіше, ніж круглу, оскільки квадратну трубу можна просто підмітати під необхідний кут за допомогою пилки, тоді як круглу трубу потрібно нарізати спеціалізованою машиною або кропітко прилаштована рука.

Мені здається ймовірним, що шестигранна трубка була б досить поганим компромісом між квадратною та круглою / еліптичною секцією.

Я не можу придумати великої переваги від використання шестикутної трубки, крім, можливо, косметичної - але це суб’єктивно. Шестикутна трубка, швидше за все, буде значно дорожчою, оскільки це нестандартна форма.

$EA$$E$$A$

$r$$t$$a=\frac{1}{3} \left(\pi r+\sqrt{3} t\right)$

$EI$$I$

$I$$I_c = \pi r^3 t$

$I$$I_h =\frac{5}{18} t \left(9 a^3-9 \sqrt{3} a^2 t+12 a t^2-2 \sqrt{3} t^3\right) = \frac{5}{54} t \left(\pi ^3 r^3+3 \pi r t^2\right)$$a$

Ми можемо відразу побачити, що шестикутник має нижній другий момент площі порівняно з колом. Фактично другий момент площі шестикутника становить близько 91% кола.

$\frac{\pi^2 EI}{L^2}$$L$$I$

Отже, цей базовий аналіз показує, що шестикутник, що має рівну площу та товщину стінки, був би слабшим при вигині і мав би меншу навантажувальну ступінь.

Деякі фактори, які я не враховував:

• локалізовані вигини труб під вигином (не прямий аналіз - особливо для шестикутника). Наприклад, ефект Бражера .
• Опір удару. Шестикутник може бути більш стійким до локалізованого удару, особливо якщо цей удар відбувається в куті. Це, мабуть, компенсується тим, що коло краще відхилить снаряди.

В основному кругла труба великого діаметру є найбільш ефективною формою при осьовому навантаженні.