수직 막대와 교차 대각선 막대가있는 용접 강철 게이트의 강도


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다음 문제에 대한 대략적인 추정치 를 작성하는 방법에 대한 힌트를 찾으십시오 .

치수가 동일한 두 개의 강철 게이트가 주어지면 동일한 재료입니다. 예를 들어 모든 것이 동일합니다. 유일한 차이점은 중간 부분이 다른 구조를 가지고 있다는 것입니다.

상단에 약간의 힘을 가하면 게이트가 점점 더 변형되기 시작하고 어떤 힘으로 게이트는 파란색 화살표가 가리키는 곳의지면에 닿습니다.

나는 두 번째 게이트 에 얼마나 많은 힘이 필요한지 대략적인 추정찾고 있습니다. 즉 두 번째 게이트가 얼마나 "튼튼"한지를 찾고 있습니다.

나는 정확한 계산이 필요하지 않지만 아마도 재료 데이터가 필요할 것입니다.

  • 일반적인 강철 벽 빔 (25mm x 25mm x 2mm 벽 두께)
  • 각 조인트 지점이 용접되면 용접이 재료 자체만큼 강하다고 가정하고 단순화 할 수 있습니다.
  • 서스펜션 포인트는 무한한 힘을 유지할 수 있습니다
  • 그리고 다른 가능한 단순화-이 문제는 로켓 과학이 아니라 친구와의 저녁 대화를 해결하기위한 것입니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오


이것은 귀하의 질문의 초점이 아니지만 게이트 F2F1 위로 올라 가기가 훨씬 쉽습니다. 일반적으로 게이트의 주요 목적은 사람들을 멀리하는 것입니다.
하노버 주먹

방금 말하면, (대각선) 그리드는 더 많은 휘점을 가지고 있고 대각선 조인트가 직사각형 조인트보다 더 복잡하기 때문에 생산 비용이 더 비쌀 수 있습니다. 적은 재료를 사용하여이 추가 비용을 절약 할 수 있는지 확실하지 않습니다.
donquixote

또한 다른 방향에서 힘을 가하면 (예 : 자동차를 게이트에 부딪히면) 결과가 크게 다를 수 있습니다. 반면에 와이어를 잡아 당겨서 하나의 막대에만 힘을 가하면 막대 사이의 거리가 줄어 저항이 증가 할 것으로 예상됩니다.
donquixote

답변:


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grfrazee가 말했듯이 유한 요소 분석을 할 때까지 확실하지 않습니다. 나는 동료로서이 질문에 흥미를 느꼈고 이것에 대해 토론했다. 우리는 대각선 브레이스가 처짐에 저항하는 것이 더 낫다는 데 동의했지만 어떤 요소가 더 좋을지 궁금해했습니다.

우리는 정말 궁금해서 토론을 마무리 하고 SkyCiv Structural 3D 에 대한 빠른 구조 분석을 했습니다 (누군가 궁금한 경우 한 달 동안 무료로 시도 할 수 있음). 노드 위치를 처음부터 생성해야했기 때문에 두 게이트를 설정하고 분석하는 데 약 1 시간이 걸렸습니다. 어쨌든 여기에는 가정과 단순화를 고려한 선형 정적 분석 결과가 있습니다. F1 및 F2 모두에 5kN POINT LOAD를 적용하고 지정한 위치에서 각 지지대에 핀 지지대를 만들었습니다. 3D 컬러 결과에서 처짐은 두 시나리오에서 게이트의 실제 처짐보다 12X 더 큽니다. 과장되어 게이트의 처짐 모양을 볼 수 있습니다.

게이트 # 1

y-deflection at the bottom-left of the gate=31.74 mm

Max total deflection=32.10 mm

게이트 1에 대한 SkyCiv 구조적 3D 변형 결과


게이트 # 2

y-deflection at the bottom-left of the gate=7.84 mm

Max total deflection=7.55 mm

게이트 1에 대한 SkyCiv 구조적 3D 변형 결과

대각선 버팀대 (2 번 게이트)가 분명히 승자입니다. 따라서 두 게이트에 동일한 하중이 가해지면 게이트 # 2는 4.25 의 계수로 더 나은 처짐에 저항하는 것처럼 보입니다 (즉, 더 뻣뻣합니다) .

더 흥미로운 점들 :

  • 350 MPa ~ 두 시나리오 모두에서 오른쪽 상단 지지대에는 굽힘 응력이 상당히 높습니다.
  • 분석은 게이트의 자체 가중치를 고려하지 않았습니다.

또한 대각선 그리드에 스케일링 문제가있는 것으로 보입니다. 모델링 할 때 다이어그램에서 제안한 것보다 훨씬 적은 점이 발견 되었기 때문입니다. 각 마름모 사이의 평행 간격이 300mm인지 확인했습니다. 이것은 각 마름모의 대각선이 대략 424mm임을 의미합니다. 게이트의 길이는 3300mm이므로 약 8 개의 마름모꼴이 게이트를 가로 질러 x 방향으로 맞아야합니다. 그러나 12 개 정도를 그렸습니다.


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4x는 위의 @alephzero의 분석과 잘 일치합니다. 그리고 다이어그램은 실제로 대각선 브레이스 섹션이 거의 구부러지지 않고 600mm 섹션이 다음 제한 요소임을 확인합니다.
jpa

네 동의합니다. alephzero는 빠른 평가를했습니다!
pauloz1890

여러분, 당신은 절대적으로 대단합니다. 당신과 @alephzero도. 감사합니다.
kobame

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조인트가 용접되었다고 가정하면 상단 게이트가 그릴 때 변형되어 수직 막대가 "S"모양으로 구부러져 야합니다. 굽힘의 유연성은 다른 모든 것이 동일하다면 길이의 큐브에 비례합니다.

1/13=11/0.63=4.61/0.43=15.6

하단 게이트에서 대각선 막대는 굽힘이 아닌 대각선 인장 및 압축으로 전단력을 전달하기 때문에 수직 막대보다 무한정 강합니다. 전체 강성은 대략 4 배 또는 5 배 더 큽니다 (위의 4.6 기준).

대각선 막대의 재료가 적을수록 (더 얇은 막대 또는 적은 막대), 더 자세한 분석은 너무 많은 수작업으로 무료로 수행 할 수 있습니다!

수평 막대가 그 사이의 하중을 재분배 할만큼 충분히 강하다면 대각선 막대의 간격이 수직과 일치하는지는 중요하지 않습니다.

강성이 유일한 기준이라면 "수직 막대"섹션이없는 외부 직사각형 프레임과 대각선 버팀대가있을 수도 있습니다.


2
대각선 브레이스가있는 사각형 프레임의 경우 +1입니다.
grfrazee

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문제를 잘 설명했지만 두 구조에 대해 상당히 복잡한 유한 요소 분석을 실행하지 않고도 만족스러운 답변을 찾지 못할 것이라고 생각합니다.

첫 번째 게이트 구조는 Vierendeel 트러스 와 유사하게 작동합니다. 모든 조각이 본질적으로 모멘트 연결되어 있기 때문입니다.

두 번째 게이트 구조는 Vierendeel과 전통적인 트러스 사이 어딘가에 있지만 아마도 여전히 작업 지점의 실제 정렬과 관련이없는 순간입니다.

일반적으로 트러스는 작업 점 (즉, 부재에서 축 방향 힘의 작용 중심)이 거의 같은 점에서 일치하도록 상세합니다. 편심이 약 0이므로 단일 부재의 굽힘을 줄입니다.

두 번째 게이트는 가운데 부분의 다이아몬드 모양 부분으로 인해 트러스 작용이 있습니다. 불행히도, 다이아몬드 섹션의 작업 지점이 수직 / 수평 섹션과 맞지 않기 때문에 트러스 동작의 이점을 잃어 가고 있습니다.


다이아몬드 모양 부분이 정확히 두 번째 수직 막대 (상단 / 하단) 부분을 모두 충족 한다면 다이아몬드 부분이 동일한 "주기"를 갖는 것이 더 좋을 것입니다. uppper / bottom 수직 막대로 .. +1 :) 다른 응답을 기다리는 동안 잠시 기다립니다. ;)
kobame

예, 다이아몬드 격자의 정점이 수직 막대와 일치하면 도움이 될 것입니다.
grfrazee
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