Mengapa tidak bijaksana untuk memilih balok horizontal silindris

10

Saya mendengar bahwa tidak bijaksana untuk memilih balok horizontal silindris. Pertanyaan saya adalah mengapa?

civil-engineering beam Mohamed
sumber
2
Untuk aplikasi apa?
feetwet
Apakah Anda mendengar ini tentang silinder berongga, silinder padat, atau keduanya?
Air

Jawaban:

14

Kekuatan balok horizontal didefinisikan berdasarkan pada properti yang disebut modulus penampang . Bentuk yang memiliki lebih banyak bahan yang didistribusikan di dekat bagian atas dan bawah memiliki modulus penampang yang lebih tinggi. Inilah sebabnya mengapa balok berbentuk I atau persegi panjang tinggi adalah pilihan umum. Bentuk bundar, di sisi lain, memiliki sebagian besar bahan mereka terkonsentrasi di sekitar tengah bentuk, dan sangat sedikit di bagian atas dan bawah, sehingga mereka tidak membuat balok yang sangat kuat. Itu berarti balok bundar akan membutuhkan lebih banyak material untuk mencapai kekuatan yang sama dengan balok berbentuk lebih tinggi.

Anda dapat melihat ini secara intuitif jika Anda mengambil penggaris atau potongan lain dari bahan tipis yang Anda miliki dan mencoba untuk menekuknya. Anda akan melihat bahwa pada arah yang rata, itu sangat lemah dan mudah ditekuk. Namun dalam arah yang luas, itu cukup kuat. Meskipun potongan bahan memiliki ukuran yang sama, memiliki lebih banyak di bagian atas dan bawah membuatnya lebih kuat.

Alasan untuk ini tidak terlalu sulit untuk dipahami, ketika sebuah balok menekuknya tidak bisa tetap lurus sempurna. Untuk membentuk kurva, ia harus berubah bentuk sedikit. Bagian atas itu dikompresi (didorong ke dalam) dan bagian bawah mengalami tegangan tarik (ditarik terpisah). Ketika Anda bergerak lebih dekat ke pusat, ada sedikit tekanan dari masing-masing jenis. Bahkan, ketika Anda sampai ke tengah, balok tidak ditarik atau didorong bersama, itu disebut 'sumbu netral.' Jadi bagian atas dan bawah harus kuat untuk menahan tekanan dan tekanan, tetapi bagian tengahnya harus cukup kuat untuk menjaga semua yang melekat.

Jika Anda benar-benar ingin menggunakan bentuk silinder untuk balok horizontal (mungkin karena alasan visual atau hambatan angin), tabung bundar akan lebih efisien daripada silinder padat, karena memiliki lebih sedikit bahan di sekitar sumbu netral. Itu masih tidak akan seefisien tabung persegi panjang atau bentuk struktur tradisional.

Ethan48
sumber
Mungkin akan lebih jelas dan tepat untuk menyatakan bahwa pada arah yang datar, penggaris itu tidak terlalu kaku dan pada arah yang lebar ia lebih kaku . Kecuali jika bahan penggaris adalah anisotropik, kekuatan tidak berubah dengan orientasi, dan kecuali kegagalan dimaksudkan, kekuatan tidak berperan dalam desain balok kecuali untuk pemilihan material.
wwarriner
1
Kekakuan adalah sifat yang diamati oleh pengguna, tetapi kekuatan balok berubah ketika Anda mengubah orientasi beban yang diterapkan. kekuatan material tidak berubah, tetapi kekuatan balok tidak. Karena modulus bagian adalah momen inersia (yang mengontrol kekakuan) dibagi dengan jarak serat ekstrem, kekuatan dan kekakuan berkorelasi untuk bahan yang diberikan, dan untuk pemahaman intuitif tentang sifat-sifat bagian, kita tidak perlu membedakan.
Ethan48
12

Balok silinder mungkin bukan balok terbaik untuk situasi tertentu. Ini tidak berarti bahwa tidak ada situasi khusus di mana balok silindris akan berguna.

Pro

  • Dapat menahan beban yang sama ke segala arah atau kombinasi arah. Ini sama kuatnya dengan arah horizontal seperti arah vertikal.
  • Tidak perlu khawatir tentang atau memeriksa status batas Lateral Torsional Buckling (LTB).
  • Bekerja dengan baik sebagai balok-kolom (momen dan beban aksial bersama-sama).
  • Bentuk lingkaran mungkin memiliki luas permukaan lebih sedikit daripada bentuk lain ketika mempertimbangkan hal-hal seperti area yang dicat atau penumpukan es.

Cons

  • Tidak seefisien (berat bahan per kekuatan) sebagai bentuk-I untuk muatan hanya dalam satu arah.
  • Bagian mungkin sulit ditemukan atau lebih mahal daripada bentuk yang lebih umum.
  • Koneksi di ujung dan ke anggota lain yang datang dari samping lebih rumit.
  • Pengaku di bawah area muatan terkonsentrasi lebih sulit untuk dirancang dan dibuat.

Kecuali salah satu item dalam daftar "Pro" jauh lebih besar daripada "Kontra", balok silinder mungkin bukan pilihan terbaik.

hazzey
sumber
1

Penggunaan balok horizontal silindris tidak bijaksana karena telah menambah bobot yang tidak menawarkan kekuatan tambahan. Oleh karena itu Anda membayar material yang tidak dibutuhkan yang tidak bijaksana, kecuali jika estetika memerlukan penggunaan bentuk silinder. Beban lateral yang sangat tidak biasa mungkin menjadikan penggunaan balok silindris sebagai opsi tetapi gaya-gaya tersebut biasanya diatasi dengan komponen desain lainnya.

pengguna416
sumber
Tidak bisakah Anda menuliskan silinder di dalam prisma alih-alih membatasi? Dengan begitu, Anda akan menggunakan lebih sedikit material.
HDE 226868
@ HDE226868 Saya tidak begitu mengerti pertanyaan Anda di sini, tetapi jika Anda masih penasaran, Anda dapat mempostingnya sebagai pertanyaan sendiri dengan sketsa.
Ethan48
@ Ethan48 Jawaban ini tampaknya mengasumsikan bahwa penampang silinder lebih besar daripada penampang persegi. Ini pada dasarnya membatasi penampang. Saya menyarankan untuk menuliskannya, yang sebenarnya akan lebih sedikit beratnya. Apakah saya salah mengartikannya?
HDE 226868
2
Saya pikir apa yang mereka maksudkan (tetapi tidak secara eksplisit menyatakan) adalah bahwa untuk persyaratan kekuatan balok tertentu, balok silinder akan lebih berat. Tentu saja Anda dapat membuat balok bundar lebih kecil dari penampang lainnya, tetapi mereka akan lebih lemah daripada bentuk penampang lainnya dengan area yang sama.
Ethan48