ความแข็งแรงของประตูเหล็กเชื่อมที่มีแถบแนวตั้งและแถบขวางขวาง

ค้นหาคำแนะนำเกี่ยวกับวิธีสร้างการประมาณคร่าวๆสำหรับปัญหาต่อไปนี้

ให้ประตูเหล็กสองอันที่มีขนาดเท่ากันวัสดุเดียวกันเช่นทุกอย่างเหมือนกัน ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือส่วนตรงกลางมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน

เมื่อใช้แรงบางอย่างไปที่ด้านบนประตูจะเริ่มผิดรูปร่างมากขึ้นเรื่อย ๆ และในบางแรงประตูจะสัมผัสพื้นดิน ณ สถานที่ที่ลูกศรสีน้ำเงินชี้

ฉันกำลังมองหาการประเมินคร่าวๆว่าต้องการแรงมากแค่ไหนสำหรับประตูที่สอง - นั่นคือ "ประตูที่สอง" ที่แข็งแกร่ง

ฉันไม่ต้องการการคำนวณที่แน่นอน แต่อาจต้องการข้อมูลวัสดุบางส่วนดังนั้น:

• คานเหล็กผนังบางทั่วไป(25mm x 25mm x 2mm ผนังหนา)
• จุดเชื่อมต่อแต่ละจุดเชื่อมเราสามารถทำให้ง่ายขึ้นและสมมติว่ารอยเชื่อมนั้นมีความแข็งแรงเท่ากับตัววัสดุเอง
• จุดระงับสามารถเก็บแรงไม่สิ้นสุด
• และความเรียบง่ายอื่น ๆ ที่เป็นไปได้ - ปัญหานี้ไม่ได้มีไว้สำหรับวิทยาศาสตร์จรวด แต่สำหรับการแก้ไขการพูดคุยตอนเย็นกับเพื่อน

ดังที่ grfrazee กล่าวไว้คุณจะไม่ทราบแน่นอนจนกว่าคุณจะทำการวิเคราะห์องค์ประกอบที่แน่นอน ฉันรู้สึกทึ่งกับคำถามนี้ในฐานะเพื่อนร่วมงานและฉันได้เข้าร่วมการสนทนาเกี่ยวกับเรื่องนี้ ในขณะที่เราทั้งคู่เห็นพ้องกันว่าการค้ำยันในแนวทแยงจะดีกว่าในการต้านทานการโก่งตัว

เราอยากรู้อยากเห็นจริงๆเราจึงตัดสินการอภิปรายและทำการวิเคราะห์โครงสร้างอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับSkyCiv Structural 3D (สามารถทดลองใช้ฟรีเป็นเวลาหนึ่งเดือนหากมีใครสงสัย) ใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงในการตั้งค่าประตูทั้งสองและวิเคราะห์ส่วนใหญ่เพราะเราต้องสร้างตำแหน่งโหนดตั้งแต่เริ่มต้น อย่างไรก็ตามนี่คือผลลัพธ์ของการวิเคราะห์เชิงเส้นตรงซึ่งคำนึงถึงสมมติฐานและการทำให้เข้าใจง่ายที่คุณทำ เราใช้งาน 5 kN POINT LOAD ที่ทั้ง F1 และ F2 และทำให้การสนับสนุนแต่ละครั้งรองรับการใช้งานพินที่ตำแหน่งที่คุณระบุ โปรดทราบว่าในผลลัพธ์แบบ 3 มิติการโก่งตัวนั้นสูงกว่าการเบี่ยงเบนของเกตจริง 12 เท่าในทั้งสองสถานการณ์มันเกินความจริงเพื่อให้คุณสามารถเห็นรูปร่างที่เบี่ยงเบนของประตู

ประตูที่ 1

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 31.74\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 32.10\text{ mm}$

ประตูที่ 2

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 7.84\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 7.55\text{ mm}$

การเอียงในแนวทแยง (Gate # 2) เป็นผู้ชนะอย่างชัดเจน ดังนั้นเมื่อทั้งสองประตูที่อาจจะโหลดเดียวกันดูเหมือนว่าประตู # 2 ต่อต้านโก่งดีกว่า (คือจะแข็งขึ้นไป) โดยมีปัจจัยของ4.25

บางจุดที่น่าสนใจ:

• มีแรงกดดันแนวโค้งที่ค่อนข้างสูงที่การสนับสนุนด้านบนขวาในทั้งสองสถานการณ์ ~ 350 MPa
• การวิเคราะห์ไม่ได้คำนึงถึงน้ำหนักตัวเองของประตู

นอกจากนี้ให้ฉันเพิ่มว่าดูเหมือนจะมีปัญหาการปรับขนาดของตารางเส้นทแยงมุมที่คุณวาดเพราะเมื่อฉันทำแบบจำลองฉันพบว่ามีคะแนนน้อยกว่าสิ่งที่แผนภาพของคุณแนะนำ ฉันรับรองว่าระยะห่างแบบขนานระหว่างแต่ละรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนคือ 300 มม. ซึ่งหมายความว่าเส้นทแยงมุมของรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนแต่ละประมาณ 424 มม. ประตูของคุณมีความยาว 3300 มม. ดังนั้นนั่นหมายความว่าประมาณ 8 รูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนควรพอดีกับประตูของคุณในทิศทาง x - แต่คุณวาดรอบ 12 แค่คิดว่าฉันจะบอกให้คุณรู้

สมมติว่ารอยต่อนั้นถูกเชื่อมเพื่อให้ประตูด้านบนเปลี่ยนรูปเมื่อคุณวาดมันแถบแนวตั้งจะต้องโค้งงอเป็นรูปตัว "S" ความยืดหยุ่นในการดัดงอจะเป็นสัดส่วนกับลูกบาศก์ของความยาวถ้าทุกอย่างเหมือนกัน

ความมั่นคงในสามส่วนของประตูด้านบนจะเป็นสัดส่วนกับ ,และ15.6 ความยืดหยุ่นรวมถูกครอบงำโดยส่วนที่ยาวที่สุด (กลาง)$1/1^3 = 1$$1/0.6^3 = 4.6$$1/0.4^3 = 15.6$

ในประตูด้านล่างแถบเส้นทแยงมุมจะมีความแข็งแรงกว่าแถบแนวตั้งนับตั้งแต่ครั้งแรกเนื่องจากมีแรงเฉือนในแนวทแยงและการบีบอัด ความฝืดโดยรวมจะอยู่ในลำดับที่มากกว่า 4 หรือ 5 เท่า (อิงจาก 4.6 ขึ้นไป)

คุณอาจหลีกเลี่ยงวัสดุที่มีขนาดเล็กลงในแถบเส้นทแยงมุม (ไม่ว่าจะเป็นทินเนอร์บาร์หรือแท่งที่น้อยลง) แต่การวิเคราะห์ที่มีรายละเอียดมากขึ้นก็เป็นงานที่ต้องทำด้วยมือและฟรี!

ไม่สำคัญว่าช่องว่างของเส้นทแยงมุมจะตรงกับแนวดิ่งตราบใดที่แถบแนวนอนมีความแข็งแรงพอที่จะกระจายโหลดระหว่างพวกเขาได้

หากความแข็งเป็นเกณฑ์เดียวคุณก็อาจมีกรอบสี่เหลี่ยมด้านนอกและค้ำยันแบบทแยงมุมโดยไม่มีส่วนใดของ "แท่งแนวตั้ง" เลย

แม้ว่าคุณจะอธิบายปัญหาของคุณได้ดี แต่ฉันไม่คิดว่าคุณจะได้คำตอบที่น่าพอใจโดยไม่ต้องทำการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด ที่ซับซ้อนบนโครงสร้างทั้งสอง

โครงสร้างประตูแรกจะทำงานคล้ายกับโครงข่าย Vierendeelเนื่องจากคุณมีชิ้นส่วนทั้งหมดเชื่อมต่อกับช่วงเวลาเป็นหลัก

โครงสร้างประตูที่สองมีแนวโน้มว่าจะตกที่ใดที่หนึ่งระหว่าง Vierendeel และโครงแบบดั้งเดิมแม้ว่ามันจะยังคงอยู่โดยส่วนใหญ่แล้วช่วงเวลาที่เชื่อมต่อโดยไม่มีการจัดตำแหน่งจุดทำงาน

โดยปกติโครงข้อหมุนมีรายละเอียดเช่นจุดทำงานของพวกเขา (เช่นศูนย์กลางของการกระทำของแรงตามแนวแกนในสมาชิก) เกิดขึ้นตรงจุดเดียวกัน นี่คือการลดการโค้งงอในสมาชิกเดี่ยวใด ๆ เนื่องจากความเยื้องศูนย์มีค่าประมาณศูนย์

ประตูที่สองมีโครงนั่งร้านเนื่องจากส่วนรูปเพชรอยู่ตรงกลาง น่าเสียดายเนื่องจากจุดทำงานของส่วนเพชรไม่ตรงกับส่วนแนวตั้ง / แนวนอนคุณจึงสูญเสียความได้เปรียบจากการนั่งร้าน