Efekty wyboczenia

Zawartość

• Nieskręcane wyboczenie
• Elastyczne wyboczenie
• Obciążenie krytyczne
• Projekty do wyboczenia
• Prawdziwe aplikacje

Wyboczenie to właściwość matematyczna opisująca wpływ nadmiernego stresu lub nacisku na strukturę. Występuje wraz ze wzrostem napięcia, powodując, że struktura nie utrzymuje już równowagi. Ostatecznym rezultatem deformacji jest zazwyczaj zapadnięcie się struktury, ale istnieje kilka różnych typów deformacji, które mogą wystąpić.

Nadmierna masa na moście może spowodować wyboczenie i zapadnięcie się (Stockbyte / Stockbyte / Getty Images)

Nieskręcane wyboczenie

Wyboczenie niesprężyste występuje w obiektach, takich jak kolumna o średniej długości i wykonana ze sztywnego materiału. To wyboczenie występuje, gdy obciążenie ciśnieniowe na obiekt przekracza proporcjonalne granice materiałów (tj. Wytrzymałość i sztywność). Wyboczenie niesprężyste można zidentyfikować poprzez obiekty, które ulegają deformacji z powodu nadmiernej siły. Kolumna, na przykład, przechodzi przez proces zwany ugniataniem, w którym środek kręgosłupa wygina się ponad normalną siłę.

Elastyczne wyboczenie

Elastyczne wyboczenie występuje w długich kolumnach, które są po prostu podparte. Jest podobny do niesprężystego wyboczenia, w którym podstawowe właściwości kolumny, wytrzymałość i sztywność są takie same, ale wynik końcowy jest zupełnie inny. Wyboczenie sprężyste powoduje, że kolumna lub obiekt ulegają zniekształceniu, ale w cięższej postaci niż niesprężyste wyboczenie. Podczas gdy niesprężyste wyboczenie wydaje się powodować efekt „klęczenia”, elastyczne wyboczenie tworzy w pełni zakrzywiony wygląd obiektu.

Obciążenie krytyczne

Obciążenie krytyczne jest kluczową liczbą dla wszystkich matematycznych definicji wyboczenia. Obciążenie krytyczne to obciążenie, na które naprężenie staje się większe, niż kolumna (lub obiekt) może wytrzymać. Każde obciążenie powyżej obciążenia krytycznego spowoduje wyboczenie. Obciążenie krytyczne można obliczyć za pomocą kilku różnych wzorów. W ten sposób można obliczyć limity masy na mostach i drogach. Obliczenie tego limitu wagi jest konieczne podczas projektu.

Projekty do wyboczenia

Istnieje kilka sposobów matematycznego definiowania wyboczenia. Każda teoria określa, w jaki sposób występuje wyboczenie elastyczne lub niesprężyste. Każdy wzór ma nieco inny wynik. Na przykład równanie Eulera opisuje odkształcenie sprężyste. Teoria Shanley'a opisuje krzywą odkształcenia sprężystego, podczas gdy model obciążenia stycznego-modułu opisuje dolną granicę siły, która ma wystąpić przy deformacji. Model Eulera opisuje bezwzględną siłę, jaką może otrzymać kolumna, lub górną granicę bardziej oddaloną. Większość projektantów preferuje model obciążenia modułu stycznego, aby ich projekty były bezpieczne.

Prawdziwe aplikacje

Oprócz wykorzystania obciążenia krytycznego do zdefiniowania limitów masy dla mostów, wszystkie budynki wymagają, aby maksymalne obciążenie kolumn było podtrzymywane tak, aby dach nie spadł na nie. Nastąpiłoby to, gdy kolumny nośne osiągnęłyby swoje krytyczne obciążenie. W rzeczywistości wiele obiektów w rzeczywistym świecie zależy od skutków krytycznego obciążenia wyboczeniowego, a wszystko to z tak zwanych kół rowerowych (które są zasadniczo długą kolumną skręconą i utrzymywaną na miejscu przez piorun) dla mostów i dróg, z których korzystają rowerzyści.