Mikä on säteen laskeminen?

Säteen laskeminen on rakenteellisen palkin jännityksen ja taipuman mittaus, kun siihen kohdistetaan tietty kuorma. Monet tekijät vaikuttavat palkin kykyyn taivuttaa, kuten palkin ominaisuudet, kuorma ja tuet. Yhden säteen kuorman siirtymän laskeminen Euler-Bernoulli-palkkiyhtälön avulla on yksinkertaista, mutta useimmissa käytännön sovelluksissa käytetään palkkiohjelmistoa. Palkkilaskelmilla varmistetaan turvallisuus ja vältetään ylikuormitus eri aloilla, kuten rakentamisessa ja ilmailussa.

Palkkien kuormitettavuus on laskettava, jotta voidaan rakentaa rakenteita kevyimmistä ja edullisimmista materiaaleista samalla kun ne täyttävät turvallisuusvaatimukset ja säilyttävät rakenteen esteettisen laadun. Koko rakennesuunnittelun kurinalaisuus on omistettu tälle analyysille ja suunnittelulle, jotta varmistetaan, että katot eivät romahda lumen painon alla, että maanalaiset pysäköintihallit ovat turvallisia liikenteen ajaessa yläpuolelle ja että vikaviivojen mukaisesti rakennetut pilvenpiirtäjät täyttävät maanjäristyksen turvallisuusvaatimukset. Palkkien laskennalla on myös sovelluksia koneenrakennuksessa, kun testataan koneen yksittäisten osien kuormituskestävyyttä, kuten kuormaa, jonka lentokoneen siipi kestää ennen mahdollisesti vaarallisten jännitysten syntymistä. Lopuksi arkkitehtien on otettava huomioon palkin muodonmuutos, kun he rakentavat ja kunnostavat taloja, joissa on pylväs- ja palkkirakenne, ja kun tarkastellaan romahtavien lattioiden, kattojen ja parvekkeiden visuaalista vaikutusta.

Yksi tärkeimmistä tekijöistä palkin kantavuutta laskettaessa on materiaalien valinta. Tyypillisesti palkit on valmistettu puusta, teräksestä, teräsbetonista tai alumiinista. Jokaisella materiaalilla on erilainen taipumus muodonmuutokseen elastisesti, jota kutsutaan joustavuusmoduuliksi, joka viittaa materiaalin kykyyn jousta takaisin paikalleen. Materiaalin muodonmuutospiste muodostuu plastisesti ja säilyttää muodonmuutoksen kohdistetun voiman poistamisen jälkeen.

Palkin poikkileikkaus on toinen ominaisuus, joka otetaan huomioon palkin laskennassa. Palkit voivat olla suorakulmaisia, pyöreitä tai onttoja, ja niissä voi olla monenlaisia ​​reunustimia, kuten I-palkit, Z-palkit tai T-palkit. Jokaisella muodolla on erilainen hitausmomentti, joka tunnetaan myös nimellä toinen alueen momentti, joka ennustaa säteen jäykkyyden.

Voima pituusyksikköä kohden on toinen parametri, jota käytetään palkin laskennassa, ja se riippuu kuorman tyypistä. Kuolleet kuormat ovat yksinkertaisesti rakenteen paino, ja kohdistetut tai jännitteiset kuormat ovat voimat, joille rakenne altistuu ajoittain, kuten lumi, liikenne tai tuuli. Useimmat kuormat ovat staattisia, mutta erityistä huomiota on kiinnitettävä dynaamisiin kuormituksiin, maanjäristyksiin, aaltoihin ja hirmumyrskyihin, jotka kohdistavat toistuvasti voimaa pitkään. Kuorma voidaan jakaa tyypillisesti tasaisesti tai epäsymmetrisesti, kuten lumisade tai lika. Se voi myös keskittyä johonkin kohtaan, keskitetysti tai eri aikaväleillä.

Palkin laskennan reunaehdot riippuvat palkin tukityypistä. Palkki voidaan yksinkertaisesti tukea molemmista päistään, kuten lattiapalkki kahden kantavan seinän välissä. Se voi olla konsoli tai tuettu toisesta päästä, kuten parveke tai lentokoneen siipi. Reunaehdot koskevat kaikkia palkin pituuden pisteitä.
Keilan taipuman ja staattisen kuorman välinen suhde kuvataan Euler-Bernoullin säteen yhtälöllä. Toinen yhtälö, Euler-Lagrange-säteen yhtälö, kuvaa tätä suhdetta dynaamiselle kuormitukselle, mutta sen soveltamisen monimutkaisuuden vuoksi tyypillisesti käytetään staattisia approksimaatioita. Palkin taipuma, taivutusmomentit ja leikkausvoima soveltuvalla kuormalla voidaan johtaa. Käytännössä kuormitustaulukoita käytetään näiden tietojen yhteenvetoon, ja niissä luetellaan yleiset materiaalit, jotka täyttävät tunnetun kuorman turvallisuusvaatimukset. Monimutkaisempiin sovelluksiin säteenlaskimet ovat helposti saatavilla yrityksen verkkosivuilta ja tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) ohjelmiston lisäosina.