Mühəndislikdə Eksenel Yükü Başa Düşmək

Bir mühəndislik tələbəsi və ya mühəndis olaraq, strukturların müxtəlif növ yükləri idarə edə bilməsinin nə qədər vacib olduğunu bilirsiniz.

Ancaq eksenel yükün yaratdığı unikal problemlər haqqında heç düşünmüsünüzmü? Kəsmə qüvvəsi, burulma yükü və əyilmə yükündən fərqli olaraq, eksenel yük strukturun oxu boyunca birbaşa qüvvə tətbiq edir.

Bu o deməkdir ki, strukturların layihələndirilməsi, tikintisi və saxlanması zamanı tamamilə yeni şeylər dəsti nəzərə alınmalıdır.

Bu yazıda mən eksenel yük haqqında ətraflı məlumat verəcəyəm və bu vacib qüvvəni idarə edə biləcək strukturları qurmaq üçün bilmək lazım olan hər şeyi əhatə edəcəyəm.

Beləliklə, bağlanın və başlayaq!

Eksenel yükə giriş

Formal tərif:

Nəticəsi müəyyən bir hissənin mərkəzi hissəsindən keçən və hissənin müstəvisinə perpendikulyar olan qüvvə.

Eksenel yük, öz oxu boyunca bir konstruksiya üzvünə təzyiq göstərən bir yük növüdür.

Kəsmə qüvvəsindən, burulma yükündən və əyilmə yükündən fərqli olaraq, eksenel yük gərginlik və ya kəsmə qüvvəsindən daha çox sıxıcı gərginlik yaradır.

Kəsmə qüvvəsi, burulma yükü və əyilmə yükü: fərqlər

Kəsmə qüvvəsi gərginliyin obyektin müstəvisi boyunca yayılmasına səbəb olur, burulma yükü isə cismin uzununa oxu ətrafında gərginliyin yayılmasına səbəb olur.

Bir yük əyildikdə, normal gərginlik və eninə kəsmə gərginliyi yaradır.

Normal gərginliyə həm eksenel, həm də eninə gərginlik daxildir, eninə kəsmə gərginliyinə isə həm burulma, həm də eninə kəsmə gərginliyi daxildir.

Eksenel yükün əhəmiyyəti

Eksenel yüklər vacibdir, çünki onlar həm implantın strukturunu, həm də ətrafındakı sümüyü dəyişdirə bilər.

Mühəndislikdə eksenel yük sütunların, şüaların və trussların necə hazırlandığının çox vacib bir hissəsidir.

Biyomekanikada eksenel yüklər sümüklərin hərəkətini dəyişdirə bilər, bu da digər xəsarətlər arasında qırıqlara və ya oynaqların dəyişdirilməsinə səbəb ola bilər.

Bu səbəbdən eksenel yükün necə işlədiyini başa düşmək həm mühəndislikdə, həm də tibbdə vacibdir.

Eksenel yükləmə və eninə yükləmə arasındakı fərq

İpucu: Əgər ehtiyacınız varsa, başlıq düyməsini yandırın. İngilis dili ilə tanış deyilsinizsə, parametrlər düyməsində "avtomatik tərcümə" seçin. Sevimli diliniz tərcümə üçün əlçatan olmadan əvvəl videonun dilini klikləməlisiniz.

Struktur üzvləri və eksenel yüklər

Truss və sütunlar əsasən eksenel yükləri daşımaq üçün hazırlanmış iki ümumi tipli struktur elementlərdir.

Trusses: Xüsusiyyətlər və Tətbiqlər

Trusslar, öz üzvlərində eksenel qüvvələri daşımaq üçün hazırlanmış struktur elementlərdir.

Bu qüvvələr ən pis yüklərdən və yük birləşmələrindən asılı olaraq gərginlik, sıxılma və ya geri çevrilə bilən gərginlik/sıxılma ola bilər.

Truss üzvləri eyni miqdarda çəki saxlamaq üçün daha az material istifadə edirlər.

Bu, onları güclü, lakin çox ağır olmayan körpülər və ya damlar üçün əla edir.

Lakin truss üzvləri sərbəst hərəkət edə bilər və yalnız bir istiqamətdə yük daşıya bilər.

Bu o deməkdir ki, onlar yan-yana hərəkət edən və ya əyilən yüklərə qarşı dayanmaq üçün kifayət qədər güclü deyillər.

Sütunlar: Xüsusiyyətlər və Tətbiqlər

Sütunlar, ağır eksenel sıxılma yüklərinə məruz qalan döşəmə kəmərlərini və ya döşəmələri saxlayan polad bina çərçivələrinin şaquli hissələridir.

Onlar əsasən sıxıcı eksenel yüklərə müqavimət göstərmək üçün hazırlanır, lakin necə qurulduqlarından və necə qurulduqlarından asılı olaraq, əyilmə və kəsmə qüvvələrinə də müqavimət göstərə bilərlər.

Sütunlar dəyirmi, kvadrat və ya düzbucaqlı ola bilər və digər şeylər arasında beton, polad və ya ağacdan hazırlana bilər.

Çərçivə Üzvləri: Xüsusiyyətlər və Tətbiqlər

Necə qurulduğundan və hazırlandığından asılı olaraq, şüalar və sütunlar uzunluğu boyunca həm eninə, həm də eksenel yükləri daşıya bilər.

Onlar tez-tez bina və tikinti layihələrində döşəmələri, damları və divarları tutmaq üçün istifadə olunur.

Lakin, truss elementlərindən fərqli olaraq, çərçivə üzvləri yalnız eksenel yükləri dəstəkləmək məcburiyyətində deyil; onlar həmçinin eninə yükləri də dəstəkləyə bilirlər.

Maksimum eksenel yükün müəyyən edilməsi

Bir quruluş qurarkən, müəyyən bir elementin və ya strukturun nə qədər eksenel yükə dözə biləcəyini bilmək vacibdir.

Sütunlar üçün maksimum eksenel yükün hesablanması

Sütunun nə qədər ox yükünün öhdəsindən gələ biləcəyini öyrənmək üçün onun KL/r-ni hesablaya və sonra cədvəldə cFcr dəyərinə baxa bilərsiniz.

Sütunun en kəsiyindəki gərginliyi AP=f tənliyindən istifadə etməklə tapmaq olar, burada f bütün kəsikdə eyni olduğu qəbul edilir.

Bükülmənin sütunlar üçün uğursuzluq həddi vəziyyəti olduğu bilinir və Tənlik sütunlar üçün kritik bükülmə yükünü Pcr verir (3.1).

Ancaq müəyyən bir sütun üçün kritik bükülmə yükünü tam olaraq anlamaq üçün daha çox tənlik və üsullara ehtiyacınız var və dizayn sütunun necə bitdiyini və materialın xüsusiyyətlərini nəzərə almalıdır.

Təxminən Maksimum Yük Daşıma Tutumu

Bir polad dizaynı etmək və qarşılıqlı əlaqə nisbətinə baxmaq, üzvün daşıya biləcəyi ən çox çəki haqqında təxmini fikir əldə etmək üçün yaxşı bir yoldur.

Qarşılıqlı təsir nisbəti bir üzvün daşıya biləcəyi ən çox çəki ilə əslində nə qədər çəki daşıdığı arasındakı nisbətdir.

Bu nisbətin əksi hər bir üzvün qırılmadan əvvəl nə qədər daha çox çəki daşıya biləcəyini sizə bildirir.

Bu metodun yalnız bir təxmin verdiyini xatırlamaq vacibdir.

Üzvün daşıya biləcəyi faktiki maksimum yük hesablanmış dəyərdən aşağı və ya yüksək ola bilər.

Maksimum eksenel yük üçün dizayn

Strukturların layihələndirilməsi zamanı üzvlərin ölçüləri təqribən memarlıq təsvirləri və digər müvafiq sənədlər əsasında həyata keçirilir və onların çəkiləri əksər məcəllələrdən və digər inşaat mühəndisliyi ədəbiyyatından istifadə etməklə hesablanır.

Lakin strukturlar onlara təsir edə biləcək ən böyük yük olan kritik yükü idarə etmək üçün tikilməlidir.

Bu, strukturun ömrü boyu daşıya biləcəyi bütün yükləri toplamaqla həyata keçirilir.

Buraya həm canlı yüklər, həm də ölü yüklər, həmçinin külək, zəlzələ və digər mümkün yüklər nəticəsində yaranan yüklər daxildir.

Uzun İncə Sütunlarda Kritik Yük

Kritik yük, sütunun əyilməyə başlamazdan əvvəl saxlaya biləcəyi ən eksenel çəkidir.

Eyler düsturu: Kritik yükün hesablanması

Kritik yükü tapmaq üçün Eyler düsturundan istifadə etmək olar: Pcr = (2EI)/(KL)2, burada Pcr Eylerin kritik yükü, E Yanqın elastiklik modulu, I - kəsik sahəsinin minimum ikinci momentidir. Sütun (ətalət sahəsinin anı), K sütunun effektiv uzunluq əmsalıdır və L sütunun dəstəklənməyən uzunluğudur.

Kritik yükün əhəmiyyəti

Kritik yük, nazik sütunların eksenel sıxılma qüvvəsinə nə qədər uzun müddət reaksiya verdiyini anlamaq üçün vacibdir, çünki bu, materialın nə qədər güclü olmasından asılı deyildir.

Bu o deməkdir ki, əyilə bilən nazik konstruksiyalar qurarkən mühəndislər incəlik nisbətinə əlavə diqqət yetirməlidirlər ki, bu da sütunun uzunluğunun onun ən kiçik dönmə radiusuna bölünməsidir.

Yüksək incəlik nisbəti o deməkdir ki, kiçik sıxılma yükləri strukturun qırılmasına səbəb ola bilər.

Bükülmə, uzunluğu boyunca sıxılan düz sütun qəfil əyildikdə baş verir. Bu, sütunlar üçün uğursuzluq limiti vəziyyətidir.

Eksenel Yük Hüceyrələri və onların tətbiqi

Bir ox boyunca qüvvəni ölçən yük hüceyrələrinə eksenel yük hüceyrələri deyilir.

Eksenel Yük Hüceyrələrinin İş Prinsipi

Eksenel yük hüceyrələri onlara tətbiq olunan qüvvəni oxuna və yazıla bilən elektrik siqnalına çevirərək işləyir.

Onlar eksenel yükün bir şeyin formasını nə qədər dəyişdiyini ölçmək üçün gərginlikölçənlərdən istifadə edirlər.

Yük hüceyrəsinə öz oxu boyunca bir qüvvə tətbiq edildikdə, tənzimləyicilər əyilir, bu da onların müqavimətini dəyişir.

Müqavimətdəki dəyişiklik daha sonra ölçülə bilən elektrik siqnalına çevrilir.

Eksenel Yük Hüceyrələrinin Tətbiqləri

Eksenel olaraq quraşdırılmış yük hüceyrələri aerokosmik, avtomobil və istehsal kimi bir çox sahədə istifadə olunur.

Eksenel yük hüceyrələrinin istifadəsinin bəzi ümumi yolları bunlardır:

• Tikinti və ya istifadə zamanı binaların və körpülərin şüa və sütun kimi struktur hissələrinə təsirin ölçülməsi.
• Sınaq, bir şeyi sıxmaq və ya uzatmaq üçün nə qədər güc tələb olunduğunu və ya bir şeyi qırmaq və ya deformasiya etmək üçün nə qədər güc tələb olunduğunu anlamaq kimi istifadə edir.
• Təhlükəsiz işlədiyinə əmin olmaq üçün hidravlik preslər, kranlar və liftlər kimi şeylərə diqqət yetirin.
• Bu məqalənin altında daha çox sadalayacağam.

Eksenel Yükün Digər Aspektləri

Eksenel Külək Yükü

Eksenel külək yükü küləyin axınının binaya təsir etdiyi qüvvədir.

Keçmişdə xüsusilə sahil bölgələrində külək gücləri bir çox binanın uçmasına səbəb olub.

İnşaat mühəndisləri yer səviyyəsindən müxtəlif hündürlüklərdə küləyin sürətini və təzyiqini müəyyən etmək üçün strukturun yer səviyyəsindən hündürlüyünü və insanların həyatı və əmlakı üçün nə qədər vacib olduğunu nəzərə alan ASCE 7-16 dəyişdirilmiş tənlik 2.2-dən istifadə edirlər.

Mülki mühəndislər eksenel külək yükünü anlamaq üçün proqnozlaşdırılan sahə, külək təzyiqi, sürükləmə əmsalı, məruz qalma əmsalı, küləyin reaksiya faktoru və əhəmiyyət faktoru kimi şeyləri nəzərə alan düsturdan istifadə edirlər.

Bir düstur F = A x P x Cd-dir, burada F - qüvvə və ya külək yükü, A - obyektin proqnozlaşdırılan sahəsi, P - küləyin təzyiqi və Cd - sürtünmə əmsalıdır.

Yorğunluq Gücü

Eksenel və əyilmə yükləri altında strukturun yorulma dayanıqlığının hesablanması eksenel və əyilmə yükləri üçün yorğunluq güclərinin nisbətinə əsaslanan analitik üsullardan istifadə etməklə həyata keçirilə bilər.

Bu üsullarda fırlanan əyilmə yükü altında yorğunluq gücü eksenel yük altında yorulma gücünə dəyişdirilir.

Analitik modelin necə işlədiyini öyrənmək üçün hər iki yükləmə şəraitində yüksək dövrəli yorğunluq testləri də edilə bilər.

Həmçinin, əsas gərginliklərdən birinin adətən sıfır olduğu səthində materialın nə qədər davam edəcəyini anlamaq üçün təyyarə gərginliyi modellərindən istifadə edilə bilər.

Nəhayət, SN əyriləri N dövrlərində maksimum icazə verilən gərginliyi və yorğunluq gücünü azaltma əmsalı kf tapmaq üçün istifadə edilə bilər.

Bilyalı rulmanlar və maksimum eksenel yük

Saxlayıcı (və ya qəfəs) olan radial bilyalı rulmanlar əsasən radial yükləri idarə etmək üçün hazırlanır, lakin onlar eksenel yükləri də idarə edə bilirlər.

Yatağın üzərinə qoyula bilən eksenel yükün miqdarı onun ölçüsündən asılıdır və adətən rulmanın radial yük dərəcəsinin faizi kimi verilir.

Quyunun diametri ilə xarici halqanın diametri arasındakı fərq böyük olduqda, rulman radial statik yükün 50% -ə qədər eksenel yükləri qəbul edə bilər.

Nazik kəsikli rulmanlardakı yivlər daha dayazdır, bu da onları ox yüklərini daha az idarə etməyə imkan verir.

Əgər rulmanın ağır eksenel yükü idarə etməsi lazımdırsa, bucaq kontaktlı rulmandan istifadə edilməlidir.

Bunlar dərin yivli bilyalı rulmanlardan fərqli olaraq içəridən hazırlanır, buna görə də daha yüksək eksenel yükləri idarə edə bilirlər.

Müəyyən bir daxili diametrə malik bilyalı rulmanlar üçün maksimum eksenel yük, yatağın ölçüsü, rulman yolunun dərinliyi və ağır radial və ya moment yüklərinə məruz qalıb-qalmaması kimi bir neçə şeydən asılıdır.

Yatağın üzərinə qoyula bilən eksenel yükün miqdarı çox vaxt rulmanın radial yük dərəcəsinin təxmini olaraq verilir.

SKF tandem və ya arxa-arxa/üz-üzə konfiqurasiyalarda qurulmuş tək rulmanlar və rulman cütləri üçün minimum eksenel və radial yükləri təmin edir.

Bilyalı rulmanlara verilə biləcək ən çox stress onların içəridə necə hazırlandığından asılıdır.

Strukturlarda Eksenel Yükləmə

Quruluşun oxu boyunca birbaşa quruluşa bir qüvvə tətbiq edildikdə, buna eksenel yükləmə deyilir.

Nöqtə yükü olduqda, yükləmə nöqtəsinin yaxınlığındakı gərginlik orta gərginlikdən xeyli yüksəkdir.

Bu, çox mürəkkəb deformasiyalara səbəb olur, çünki gərginlik halları çox mürəkkəbdir.

Normal gərginlik və kəsmə gərginliyi bir kəsik üzərində orta gərginliyi ölçməyin hər iki yoludur.

Kesiti boyunca hara baxmağınızdan asılı olmayaraq, stressin miqdarı eynidir.

Nöqtə yükü, kiçik bir ərazidə cəmlənmiş xaricdən gələn bir qüvvədir.

İstifadə halları

Eksenel yükün istifadə oluna biləcəyi bəzi yollar bunlardır:

İstifadə olunur:	Təsvir:
Sütun dizaynı	Sütunlar eksenel yükləri dəstəkləmək üçün hazırlanmış bir struktur elementin əla nümunəsidir. Məsələn, binalarda sütunlar yuxarıdakı mərtəbələrin və damın ağırlığını dəstəkləyir, bu da sütunun müqavimət göstərməli olduğu sıxıcı eksenel yük yaradır. Eksenel yük, güc altında əyilməyəcəyinə və ya qırılmayacağına əmin olmaq üçün sütunları dizayn edərkən düşünmək üçün vacib bir şeydir.
Körpülər	Körpülərin dizaynı zamanı eksenel yük də düşünmək üçün çox vacib bir şeydir. Kompressiv eksenel yüklər körpünün və onun daşıdığı nəqliyyat vasitələrinin ağırlığından yaranır. Körpü bu yüklərə tab gətirə bilməlidir. Körpülərə külək, zəlzələ və nəqliyyat kimi şeylər də təsir edə bilər, bunların hamısı əyilmə anlarına və kəsmə qüvvələrinə səbəb ola bilər. Təhlükəsiz və faydalı körpülər etmək üçün bu yüklərin bir-biri ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu bilmək vacibdir.
Qüllə Dizaynı	Transmissiya qüllələri, hüceyrə qüllələri və külək turbinləri kimi qüllələrə yüksək sıxıcı eksenel yüklər qoyulur. Bu konstruksiyaları hazırlayarkən onların yüklənilməsi yolu, materialları, qüllələrin hündürlüyü və eni və digər məsələlər barədə düşünmək lazımdır. Bu strukturların təhlükəsiz və uzun müddət davam etməsinə əmin olmaq üçün eksenel yüklərin onlara necə təsir etdiyini bilməlisiniz.
İstehsal və sınaq	Eksenel yük həm də istehsal və sınaqda mühüm anlayışdır, burada materiallar və məhsullar qırılmadan və deformasiyaya uğramadan müəyyən yüklərə tab gətirə bilməlidir. Eksenel yük hüceyrələri kimi sınaq alətləri ilə materialın və ya məhsulun qırılmadan əvvəl nə qədər eksenel yük götürə biləcəyini öyrənə bilərsiniz.
Aerokosmik Tətbiqlər	Kosmosda istifadə üçün raketlərin, raketlərin və digər nəqliyyat vasitələrinin layihələndirilməsi zamanı eksenel yüklər çox vacib ola bilər. Eksenel yüklər avtomobilin çəkisi, sürəti və ya titrəyişindən yarana bilər. Təhlükəsiz və effektiv sistemlər yaratmaq üçün eksenel yüklərin avtomobilin struktur hissələrinə necə təsir etdiyini bilmək vacibdir.

Nəticə

Bu məqalədə gördüyümüz kimi, eksenel yük onlara tətbiq olunan qüvvələrə tab gətirə bilən strukturların layihələndirilməsi və qurulmasının əsas hissəsidir.

Bu mühüm qüvvə ilə işləyərkən, uzun, nazik sütunların unikal problemlərini başa düşməkdən tutmuş, mühəndislik alətlər dəstinizə eksenel yük hüceyrələrinin əlavə edilməsinə qədər düşünməli çox şey var.

Lakin eksenel yük həm də mühəndisliyin daim dəyişən mürəkkəb bir sahə olduğunu xatırladır.

Mümkün olanın hüdudlarını aşmağa davam etdikcə, istər-istəməz bizdən yaradıcı düşünməyi və həll etmək üçün birlikdə işləməyi tələb edəcək yeni problemlərlə üzləşəcəyik.

Beləliklə, növbəti dəfə eksenel yüklə işləyərkən, açıq fikirli olun və öyrənməyə hazır olun.

Növbəti küncdə nə yeni şeylər olduğunu kim bilir?