Çapraz çubuklara karşı dikey çubuklarla kaynaklı çelik bir kapı gücü

Aşağıdaki sorun için kabaca bir tahmin oluşturma konusunda bazı ipuçları arıyorum .

Aynı boyutlara sahip iki çelik kapı göz önüne alındığında, aynı malzeme - örneğin her şey aynı. Tek fark, orta kısımların farklı yapılara sahip olmasıdır.

Yukarıya biraz kuvvet uygularken, kapı gittikçe daha fazla deforme olmaya başlayacak ve bazı kuvvetlerde kapı mavi okun işaret ettiği yerde yere değecektir.

İkinci kapı için ne kadar daha fazla kuvvet gerektiğine dair kaba bir tahmin arıyorum - ikinci kapı ne kadar daha "sağlam".

Gerçekten kesin bir hesaplamaya ihtiyacım yok, ancak muhtemelen bazı önemli verilere ihtiyaç duyacağım, bu yüzden:

• ortak çelik ince duvarlı kiriş (25mm x 25mm x 2mm duvar kalınlığı)
• her bir eklem noktası kaynaklıdır, basitleştirebilir ve kaynakların tam olarak malzemenin kendisi kadar güçlü olduğunu varsayabiliriz
• süspansiyon noktaları sonsuz kuvvet taşıyabilir
• ve diğer herhangi bir olası basitleştirme - bu sorun herhangi bir roket bilimi için değil, bir arkadaşınızla bir akşam konuşmasını çözmek için.

Grfrazee'nin dediği gibi, sonlu bir eleman analizi yapana kadar kesin olarak bilemezsiniz. Bir meslektaş olarak bu soru beni çok etkiledi ve bu konuda bir tartışmaya girdim. Her ikimiz de çapraz desteğin sapmaya karşı daha iyi olacağını kabul etsek de, hangi faktörün daha iyi olacağını merak ettik.

Gerçekten merak ettik, bu yüzden tartışmayı çözdük ve SkyCiv Structural 3D üzerinde hızlı bir yapısal analiz yaptık (merak ederse bir ay boyunca ücretsiz olarak deneyebiliriz). Her iki kapıyı kurmak ve bunları analiz etmek yaklaşık bir saat sürdü, çünkü düğüm konumlarını sıfırdan oluşturmak zorunda kaldık. Her neyse, burada yaptığınız varsayımları ve basitleştirmeleri dikkate alan doğrusal statik analizin sonuçlarıdır. Hem F1 hem de F2'ye 5 kN NOKTA YÜKLEMESİ uyguladık ve her bir desteği belirttiğiniz konumlarda pin desteği yaptık. 3D renkli sonuçlarda sapmanın her iki senaryoda da kapının gerçek sapmasından 12X daha büyük olduğuna dikkat edin - kapıların saptırılmış şeklini görebilmeniz için abartılıdır.

Kapı # 1

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

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

Kapı # 2

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

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

Çapraz destek (Kapı # 2) açıkça kazanır. Bu nedenle, her iki kapı da aynı yüke maruz kaldığında, Kapı # 2, 4,25 faktörüyle sapmaya daha iyi direnir (yani daha serttir) .

Bazı ilginç noktalar:

• Her iki senaryoda da 350 MPa'lık bu üst sağ destekte oldukça yüksek bir eğilme stresi vardır.
• Analiz, kapıların kendi ağırlığını hesaba katmadı.

Ayrıca çizdiğiniz köşegen ızgarada bir ölçeklendirme sorunu olduğunu da ekleyeyim, çünkü bunu modellediğimde şemanız tarafından önerilenden çok daha az nokta olduğunu buldum. Her eşkenar dörtgen arasındaki paralel mesafenin 300 mm olmasını sağladım. Bu, her eşkenar dörtgenin köşegeninin kabaca 424 mm olduğu anlamına gelir. Kapınız 3300 mm uzunluğundadır, yani yaklaşık 8 eşkenar dörtgen kapınızın x yönüne uymalıdır - ama 12 civarı çizmişsinizdir.

Eklemlerin kaynaklandığı varsayılarak, üst kapının çizdiğinizde deforme olması için dikey çubukların "S" şeklinde bükülmesi gerekecektir. Diğer her şey aynı ise, bükülmedeki esneklik uzunluk küpü ile orantılı olacaktır.

$1/1^3 = 1$$1/0.6^3 = 4.6$$1/0.4^3 = 15.6$

Alt kapıda, çapraz çubuklar (bir ilk yaklaşım olarak), dikey çubuklardan sonsuz derecede daha sert olacaktır, çünkü eğilme halinde değil çapraz gerilme ve sıkıştırmada makas taşırlar. Genel sertlik 4 veya 5 kat daha fazladır (yukarıdaki 4.6'ya dayanarak).

Diyagonal çubuklarda (daha ince çubuklar veya daha az çubuklar) daha az malzeme ile muhtemelen uzaklaşabilirsiniz, ancak daha ayrıntılı bir analiz elle ve ücretsiz olarak yapmak için çok fazla iştir!

Yatay çubuklar aralarındaki yükü yeniden dağıtacak kadar güçlü olduğu sürece, çapraz çubukların aralığının dikeylerle eşleşip eşleşmediği önemli değildir.

Eğer sertlik tek kriter ise, sadece bir "dikdörtgen çubuklar" bölümü olmayan bir dış dikdörtgen çerçeveye ve diyagonal desteğe sahip olabilirsiniz.

Sorununuzu oldukça iyi tanımlamış olsanız da, her iki yapıda da oldukça karmaşık bir sonlu eleman analizi yapmak zorunda kalmadan tatmin edici bir cevap bulacağınızı düşünmüyorum.

İlk kapı yapısı, Vierendeel kafes kirişine benzer şekilde davranacaktır, çünkü tüm parçaların temelde moment bağlantılı olması gerekir.

İkinci kapı yapısı muhtemelen Vierendeel ve geleneksel bir kafes arasında bir yere düşecektir, ancak yine de çoğunlukla çalışma noktalarının gerçek bir hizalaması ile bağlantılı değildir.

Normal olarak, kafes kirişler, çalışma noktaları (yani, elemanlardaki eksenel kuvvetin etki merkezi) kabaca aynı noktaya denk gelecek şekilde detaylandırılır. Bu, eksantriklik yaklaşık sıfır olduğu için herhangi bir üyedeki bükülmeyi azaltmaktır.

İkinci kapı, ortadaki elmas şeklindeki bölüm nedeniyle bazı kiriş hareketlerine sahiptir. Ne yazık ki, elmas bölümünün çalışma noktaları dikey / yatay bölümlerle buluşmadığından, kafes hareketinin avantajlarından bazılarını kaybediyorsunuz.