Почему неразумно выбирать цилиндрическую горизонтальную балку

Я слышал, что неразумно выбирать цилиндрический горизонтальный луч. У меня вопрос почему?

Сила горизонтального луча определяется на основе свойства, называемого модулем сечения . Формы, в которых больше материала распределено вблизи верхней и нижней частей, имеют более высокий модуль сечения. Вот почему я-образные балки или высокие прямоугольники являются распространенным выбором. Круглые формы, с другой стороны, имеют большую часть своего материала, сконцентрированного вокруг центра формы, и очень мало в верхней и нижней частях, поэтому они не создают очень сильных балок. Это означает, что для круглой балки потребуется гораздо больше материала для достижения такой же прочности, что и для балки более высокой формы.

Вы можете увидеть это интуитивно, если вы возьмете линейку или другой кусок тонкого материала, который вам пригодится, и попытаетесь согнуть его. Вы заметите, что в плоском направлении он очень слабый и легко сгибается. Хотя в широком направлении, это довольно сильно. Несмотря на то, что кусок материала имеет одинаковый размер, наличие большего количества сверху и снизу делает его более прочным.

Причину этого не так сложно понять, когда луч изгибается, он не может оставаться идеально прямым. Чтобы сформировать кривую, нужно немного изменить форму. Верхняя часть его сжимается (вдавливается внутрь), а нижняя часть испытывает растягивающее напряжение (растягивается на части). По мере приближения к центру напряжение каждого типа уменьшается. На самом деле, когда вы попадаете в середину, луч не растягивается и не сдвигается, он называется «нейтральной осью». Таким образом, верх и низ должны быть прочными, чтобы противостоять сжатию и растяжению, но центр должен быть достаточно прочным, чтобы все было прикреплено.

Если вы действительно хотите использовать цилиндрическую форму для горизонтального луча (возможно, из-за визуальных причин или сопротивления ветра), круглая труба будет более эффективной, чем сплошной цилиндр, потому что в ней меньше материала вокруг нейтральной оси. Это все еще не было бы столь же эффективно как прямоугольная труба или традиционная структурная форма все же.

Цилиндрический луч, вероятно, не лучший луч для данной ситуации. Это не означает, что нет конкретных ситуаций, в которых цилиндрический луч был бы полезен.

Pros

• Может противостоять той же нагрузке в любом направлении или комбинации направлений. Это так же сильно в горизонтальном направлении, как и в вертикальном направлении.
• Не нужно беспокоиться или проверять предельное состояние бокового кручения (LTB).
• Хорошо работает как балка-колонна (моменты и осевые нагрузки вместе).
• Круглая форма может иметь меньшую площадь поверхности, чем другие формы, если учитывать такие вещи, как окрашенная область или накопление льда.

Cons

• Не так эффективно (вес материала на прочность), как I-образная форма для нагрузок только в одном направлении.
• Разделы могут быть трудно найти или более дорогостоящими, чем более распространенные формы.
• Соединения на концах и с другими членами, входящими со стороны, являются более сложными.
• Ребра жесткости под зонами сосредоточенных нагрузок сложнее спроектировать и изготовить.

Если один из пунктов в списке «Плюсы» значительно не превосходит «Минусы», цилиндрическая балка, вероятно, не лучший вариант.

Использование цилиндрической горизонтальной балки неразумно в том смысле, что она имеет дополнительный вес, который не дает дополнительной прочности. Поэтому вы платите за ненужный материал, что неразумно, если только эстетические соображения не требуют использования формы цилиндра. Очень необычные боковые нагрузки могут сделать возможным использование цилиндрической балки, но эти силы обычно учитываются другими компонентами конструкции.