Kuptimi I Ngarkesës Boshtore Në Inxhinieri

Si student apo inxhinier i inxhinierisë, ju e dini se sa e rëndësishme është që strukturat të jenë në gjendje të përballojnë lloje të ndryshme ngarkesash.

Por a keni menduar ndonjëherë për problemet unike që paraqet ngarkesa aksiale? Në ndryshim nga forca prerëse, ngarkesa përdredhëse dhe ngarkesa e përkuljes, ngarkesa boshtore zbaton forcën drejtpërdrejt përgjatë boshtit të një strukture.

Kjo do të thotë që gjatë projektimit, ndërtimit dhe mirëmbajtjes së strukturave, duhet të merret parasysh një grup krejtësisht i ri i gjërave.

Në këtë artikull, unë do të hyj në detaje rreth ngarkesës boshtore dhe do të mbuloj gjithçka që ju duhet të dini për të ndërtuar struktura që mund të përballojnë këtë forcë të rëndësishme.

Pra, shtrëngoj lart, dhe le të fillojmë!.

Hyrje në ngarkesën boshtore

Përkufizimi zyrtar:

Një forcë me rezultatin e saj që kalon nëpër qendrën e një seksioni të caktuar dhe është pingul me rrafshin e seksionit.

Ngarkesa boshtore është një lloj ngarkese që ushtron presion mbi një pjesë strukturore përgjatë boshtit të saj.

Ndryshe nga forca prerëse, ngarkesa përdredhëse dhe ngarkesa e përkuljes, ngarkesa boshtore krijon më shumë stres shtypës sesa forca e tensionit ose prerjes.

Forca prerëse, ngarkesa rrotulluese dhe ngarkesa e përkuljes: dallimet

Forca prerëse bën që stresi të përhapet përgjatë rrafshit të një objekti, ndërsa ngarkesa përdredhëse shkakton përhapjen e stresit rreth boshtit gjatësor të objektit.

Kur një ngarkesë është e përkulur, ajo krijon stres normal dhe stres tërthor prerës.

Sforcimi normal përfshin si sforcimin boshtor ashtu edhe atë tërthor, ndërsa sforcimi i prerjes tërthore përfshin si stresin prerës përdredhës ashtu edhe atë tërthor.

Rëndësia e ngarkesës boshtore

Ngarkesat aksiale janë të rëndësishme sepse ato mund të ndryshojnë si strukturën e implantit ashtu edhe kockën rreth tij.

Në inxhinieri, ngarkesa boshtore është një pjesë shumë e rëndësishme e mënyrës se si bëhen kolonat, trarët dhe trarët.

Në biomekanikë, ngarkesat aksiale mund të ndryshojnë mënyrën se si lëvizin kockat, gjë që mund të shkaktojë fraktura ose zëvendësime të kyçeve, ndër lëndimet e tjera.

Për shkak të kësaj, është e rëndësishme si në inxhinieri ashtu edhe në mjekësi të kuptojmë se si funksionon ngarkesa boshtore.

Dallimi midis ngarkimit boshtor dhe ngarkimit tërthor

Këshillë: Aktivizoni butonin e titrave nëse ju nevojitet. Zgjidhni "përkthim automatik" në butonin e cilësimeve, nëse nuk jeni të njohur me gjuhën angleze. Mund t'ju duhet së pari të klikoni në gjuhën e videos përpara se gjuha juaj e preferuar të bëhet e disponueshme për përkthim.

Anëtarët strukturorë dhe ngarkesat boshtore

Trasat dhe kolonat janë dy lloje të zakonshme të anëtarëve strukturorë që janë bërë kryesisht për të mbajtur ngarkesa boshtore.

Trasses: Karakteristikat dhe Aplikimet

Trupat janë pjesë strukturore që janë bërë për të mbajtur forca boshtore në anëtarët e tyre.

Këto forca mund të jenë tensioni, ngjeshja ose tensioni/ngjeshja e kthyeshme, në varësi të ngarkesave të rastit më të keq dhe kombinimeve të ngarkesës.

Anëtarët e kapakut përdorin më pak material për të mbajtur të njëjtën peshë.

Kjo i bën ato të shkëlqyera për ura ose çati që duhet të jenë të forta, por jo shumë të rënda.

Por anëtarët e kafazit janë të lirë të lëvizin dhe mund të mbajnë ngarkesa vetëm në një drejtim.

Kjo do të thotë se ato nuk janë mjaftueshëm të forta për t'u përballur me ngarkesat që lëvizin anash ose përkulen.

Kolonat: Karakteristikat dhe Aplikimet

Kolonat janë pjesët vertikale të kornizave të ndërtesave prej çeliku që mbajnë lart trarët e dyshemesë ose dyshemetë që i nënshtrohen ngarkesave të rënda shtypëse boshtore.

Ato janë bërë kryesisht për t'i rezistuar ngarkesave boshtore të shtypjes, por në varësi të mënyrës se si janë vendosur dhe si janë bërë, ato gjithashtu mund t'i rezistojnë forcave të përkuljes dhe prerjes.

Kolonat mund të jenë të rrumbullakëta, katrore ose drejtkëndore, dhe ato mund të bëhen prej betoni, çeliku ose druri, ndër të tjera.

Anëtarët e kornizës: Karakteristikat dhe aplikimet

Në varësi të mënyrës se si janë vendosur dhe bërë, trarët dhe kolonat mund të mbajnë ngarkesa tërthore dhe boshtore përgjatë gjatësisë së tyre.

Ato përdoren shpesh për të mbajtur dyshemetë, çatitë dhe muret në projekte ndërtimi dhe ndërtimi.

Por, ndryshe nga anëtarët e dërrasës, anëtarët e kornizës nuk duhet të mbajnë vetëm ngarkesa boshtore; ato gjithashtu mund të mbajnë ngarkesa tërthore.

Përcaktimi i ngarkesës maksimale boshtore

Kur ndërtoni një strukturë, është e rëndësishme të dini se sa ngarkesë boshtore mund të përballojë një pjesë ose strukturë e caktuar.

Llogaritja e ngarkesës maksimale boshtore për kolonat

Për të zbuluar se sa ngarkesë boshtore mund të përballojë një kolonë, mund të kuptoni KL/r të saj dhe më pas të kërkoni vlerën e cFcr në një tabelë.

Stresi në prerjen tërthore të kolonës mund të gjendet duke përdorur ekuacionin AP=f, ku f supozohet të jetë i njëjtë në të gjithë prerjen tërthore.

Përkulja dihet se është një gjendje kufitare e dështimit për kolonat, dhe ekuacioni jep ngarkesën kritike të përkuljes Pcr për kolonat (3.1).

Por për të kuptuar plotësisht ngarkesën kritike të përkuljes për një kolonë të caktuar, ju nevojiten më shumë ekuacione dhe metoda, dhe dizajni duhet të marrë parasysh se si përfundon kolona dhe vetitë e materialit.

Përafrimi i kapacitetit mbajtës maksimal të ngarkesës

Të bësh një dizajn çeliku dhe të shikosh raportin e ndërveprimit është një mënyrë e mirë për të marrë një ide të përafërt të peshës më të madhe që mund të mbajë një anëtar.

Raporti i ndërveprimit është raporti midis peshës më të madhe që mund të mbajë një anëtar dhe peshës që mban në të vërtetë.

Reciprociteti i atij raporti ju tregon se sa më shumë peshë mund të mbajë çdo anëtar para se të prishet.

Është e rëndësishme të mbani mend se kjo metodë jep vetëm një vlerësim.

Ngarkesa maksimale aktuale që mund të mbajë një pjesëtar mund të jetë më e ulët ose më e lartë se vlera e llogaritur.

Projektimi për ngarkesën maksimale boshtore

Gjatë projektimit të strukturave, anëtarët përcaktohen përafërsisht në bazë të vizatimeve arkitekturore dhe dokumenteve të tjera përkatëse, dhe pesha e tyre përcaktohet duke përdorur informacionin nga shumica e kodeve dhe literaturës tjetër të inxhinierisë civile.

Por strukturat duhet të ndërtohen për të përballuar ngarkesën kritike, e cila është ngarkesa më e madhe që mund të veprojë mbi to.

Kjo bëhet duke mbledhur të gjitha ngarkesat që një strukturë mund të bartë gjatë jetës së saj.

Kjo përfshin si ngarkesat e gjalla ashtu edhe ngarkesat e vdekura, si dhe ngarkesat e shkaktuara nga era, tërmetet dhe ngarkesat e tjera të mundshme.

Ngarkesa kritike në kolonat e gjata të holla

Ngarkesa kritike është pesha më boshtore që mund të mbajë një kolonë përpara se të fillojë të përkulet.

Formula e Euler-it: Llogaritja e ngarkesës kritike

Formula e Euler-it mund të përdoret për të gjetur ngarkesën kritike: Pcr = (2EI)/(KL)2, ku Pcr është ngarkesa kritike e Euler-it, E është moduli i elasticitetit të Young, I është momenti minimal i dytë i sipërfaqes së prerjes tërthore të kolona (momenti i zonës së inercisë), K është faktori i gjatësisë efektive të kolonës dhe L është gjatësia e pambështetur e kolonës.

Rëndësia e ngarkesës kritike

Ngarkesa kritike është e rëndësishme për të kuptuar se sa gjatë reagojnë kolonat e holla ndaj forcës boshtore të shtypjes, sepse nuk varet nga sa i fortë është materiali.

Kjo do të thotë se kur ndërtohen struktura të holla që mund të përkulen, inxhinierët duhet t'i kushtojnë vëmendje shtesë raportit të hollësisë, që është gjatësia e kolonës e ndarë me rrezen e saj më të vogël të rrotullimit.

Një raport i lartë i hollë do të thotë se ngarkesat e vogla të ngjeshjes kanë më shumë gjasa të shkaktojnë thyerjen e strukturës.

Përkulja ndodh kur një kolonë e drejtë që është duke u ngjeshur përgjatë gjatësisë së saj papritmas përkulet. Ky është një gjendje kufiri i dështimit për kolonat.

Qelizat e ngarkesës aksiale dhe aplikimet e tyre

Qelizat e ngarkesës që matin forcën përgjatë një boshti të vetëm quhen qeliza të ngarkesës boshtore.

Parimi i punës së qelizave të ngarkesës boshtore

Qelizat e ngarkesës boshtore punojnë duke e kthyer forcën që ushtrohet mbi to në një sinjal elektrik që mund të lexohet dhe shkruhet.

Ata përdorin matës deformimi për të matur se sa ngarkesa boshtore ndryshon formën e diçkaje.

Kur një forcë vihet në qelizën e ngarkesës përgjatë boshtit të saj, matësit e tendosjes përkulen, gjë që ndryshon rezistencën e tyre.

Ndryshimi i rezistencës më pas kthehet në një sinjal elektrik që mund të matet.

Aplikimet e qelizave të ngarkesës boshtore

Qelizat e ngarkesës të montuara në bosht përdoren në shumë fusha, si hapësira ajrore, automobila dhe prodhimi.

Disa mënyra të zakonshme që përdoren qelizat e ngarkesës aksiale janë:

• Matja e forcës në pjesët strukturore të ndërtesave dhe urave, si trarët dhe kolonat, gjatë ndërtimit ose përdorimit të tyre.
• Testimi përdor, si për të kuptuar se sa forcë nevojitet për të shtrydhur ose shtrirë diçka, ose sa forcë nevojitet për të thyer ose deformuar diçka.
• Mbani një sy në gjëra të tilla si presat hidraulike, vinçat dhe ashensorët për t'u siguruar që ato po punojnë në mënyrë të sigurt.
• Do të listoj më shumë në fund të këtij artikulli.

Aspekte të tjera të ngarkesës boshtore

Ngarkesa boshtore e erës

Ngarkesa boshtore e erës është forca që rrjedha e erës ka në një ndërtesë.

Në të kaluarën, forcat e erës, veçanërisht në zonat bregdetare, kanë bërë që shumë ndërtesa të rrëzohen.

Inxhinierët e ndërtimit përdorin ekuacionin 2.2 të modifikuar ASCE 7-16, i cili merr parasysh lartësinë e strukturës mbi nivelin e tokës dhe sa e rëndësishme është për jetën dhe pronën e njerëzve, për të kuptuar shpejtësinë dhe presionin e erës në lartësi të ndryshme mbi nivelin e tokës.

Inxhinierët e ndërtimit përdorin një formulë që merr parasysh gjëra të tilla si zona e projektuar, presioni i erës, koeficienti i tërheqjes, koeficienti i ekspozimit, faktori i reagimit të rrymës dhe faktori i rëndësisë për të kuptuar ngarkesën boshtore të erës.

Një formulë është F = A x P x Cd, ku F është forca ose ngarkesa e erës, A është zona e projektuar e objektit, P është presioni i erës dhe Cd është koeficienti i tërheqjes.

Forca e lodhjes

Llogaritja e forcës së lodhjes së një strukture nën ngarkesat boshtore dhe përkulëse mund të bëhet duke përdorur metoda analitike të bazuara në raportin e fuqive të lodhjes për ngarkimin boshtor dhe atë të përkuljes.

Në këto metoda, forca e lodhjes nën ngarkesën e përkuljes rrotulluese ndryshohet në forcën e lodhjes nën ngarkesën aksiale.

Për të zbuluar se si funksionon një model analitik, testet e lodhjes me cikël të lartë mund të bëhen gjithashtu në të dyja kushtet e ngarkimit.

Gjithashtu, modelet e stresit të planit mund të përdoren për të kuptuar se sa do të zgjasë një material kur përdoret në sipërfaqen e tij, ku një nga sforcimet kryesore është zakonisht zero.

Së fundi, kurbat SN mund të përdoren për të gjetur stresin maksimal të lejueshëm në ciklet N dhe një faktor reduktimi të forcës së lodhjes kf.

Kushinetat e topit dhe ngarkesa maksimale boshtore

Kushinetat radiale të topit me një mbajtës (ose kafaz) janë bërë kryesisht për të trajtuar ngarkesa radiale, por ato gjithashtu mund të trajtojnë ngarkesa boshtore.

Sasia e ngarkesës boshtore që mund të vendoset në një kushinetë varet nga madhësia e saj dhe zakonisht jepet si përqindje e shkallës së ngarkesës radiale të kushinetës.

Kur ndryshimi midis diametrit të shpimit dhe diametrit të unazës së jashtme është i madh, kushinetja mund të marrë ngarkesa boshtore që janë deri në 50% të ngarkesës statike radiale.

Rrugët e vrapimit në kushinetat me seksion të hollë janë më të cekëta, gjë që i bën ata më pak të aftë për të përballuar ngarkesat boshtore.

Një kushinetë kontakti këndor duhet të përdoret nëse kushineti duhet të përballojë një ngarkesë të rëndë boshtore.

Këta janë bërë ndryshe nga brenda sesa kushinetat e topit me brazdë të thellë, kështu që ata mund të përballojnë ngarkesa boshtore më të larta.

Ngarkesa maksimale boshtore për kushinetat me top me një diametër të brendshëm të caktuar varet nga disa gjëra, të tilla si madhësia e kushinetës, thellësia e rrugës së mbajtësve dhe nëse i nënshtrohet apo jo ngarkesave të rënda radiale ose momentale.

Sasia e ngarkesës boshtore që mund të vendoset në një kushinetë shpesh jepet si një përafrim i shkallës së ngarkesës radiale të kushinetës.

SKF siguron ngarkesa minimale boshtore dhe radiale për kushinetat e vetme dhe çiftet e kushinetave të vendosura në konfigurime të njëpasnjëshme ose krah për krah/ballë për ballë.

Stresi më i madh që mund të vihet në kushinetat e topit varet nga mënyra se si ato janë bërë nga brenda.

Ngarkimi Aksial në Struktura

Kur një forcë vihet në një strukturë direkt përgjatë një boshti të strukturës, kjo quhet ngarkim boshtor.

Kur ka një ngarkesë pikë, sforcimi pranë pikës së ngarkimit është shumë më i lartë se stresi mesatar.

Kjo shkakton deformime shumë të komplikuara sepse gjendjet e stresit janë shumë të ndërlikuara.

Stresi normal dhe stresi prerës janë të dyja mënyrat për të matur stresin mesatar mbi një seksion kryq.

Pavarësisht se ku shikoni përgjatë seksionit kryq, sasia e stresit është e njëjtë.

Një ngarkesë pikë është një forcë nga jashtë që është e përqendruar në një zonë të vogël.

Raste te perdorimit

Këtu janë disa mënyra se si mund të përdoret ngarkesa boshtore:

Përdorur në:	Përshkrim:
Dizajni i një kolone	Kolonat janë një shembull i shkëlqyer i një elementi strukturor që është bërë për të mbështetur ngarkesat boshtore. Për shembull, në ndërtesa, kolonat mbështesin peshën e dyshemeve dhe çatisë sipër, gjë që krijon një ngarkesë boshtore kompresive që kolona duhet t'i rezistojë. Ngarkesa boshtore është një gjë e rëndësishme për t'u menduar gjatë projektimit të kolonave për t'u siguruar që ato të mos përkulen ose thyhen nën forcën.
Urat	Gjatë projektimit të urave, ngarkesa boshtore është gjithashtu një gjë shumë e rëndësishme për t'u menduar. Ngarkesat aksiale kompresive shkaktohen nga pesha e urës dhe mjeteve që ajo bart. Ura duhet të jetë në gjendje të përballojë këto ngarkesa. Urat gjithashtu mund të ndikohen nga gjëra të tilla si era, tërmetet dhe trafiku, të cilat të gjitha mund të shkaktojnë momente përkuljeje dhe forca prerëse. Për të bërë ura të sigurta dhe të dobishme, është e rëndësishme të dini se si këto ngarkesa ndërveprojnë me njëra-tjetrën.
Projektimi i Kullës	Ngarkesa të larta boshtore kompresive vendosen në kulla si kullat e transmetimit, kullat e qelizave dhe turbinat me erë. Kur bëni këto struktura, duhet të mendoni për mënyrën e ngarkimit të tyre, materialet, lartësinë dhe gjerësinë e kullave, ndër të tjera. Për t'u siguruar që këto struktura janë të sigurta dhe të zgjasin një kohë të gjatë, duhet të dini se si ndikojnë ngarkesat boshtore.
Prodhimi dhe testimi	Ngarkesa boshtore është gjithashtu një koncept i rëndësishëm në prodhim dhe testim, ku materialet dhe produktet duhet të jenë në gjendje të përballojnë ngarkesa të caktuara pa u thyer ose deformuar. Me mjetet e testimit si qelizat e ngarkesës boshtore, mund të zbuloni se sa ngarkesë boshtore mund të marrë një material ose produkt përpara se të prishet.
Aplikacionet e hapësirës ajrore	Ngarkesat aksiale mund të jenë shumë të rëndësishme kur projektohen raketa, raketa dhe mjete të tjera për përdorim në hapësirë. Ngarkesat aksiale mund të shkaktohen nga pesha e automjetit, shpejtësia e tij ose dridhjet. Për të bërë sisteme të sigurta dhe efektive, është e rëndësishme të dini se si ngarkesat boshtore ndikojnë në pjesët strukturore të një automjeti.

konkluzioni

Siç e kemi parë në këtë artikull, ngarkesa boshtore është një pjesë kyçe e projektimit dhe ndërtimit të strukturave që mund të përballojnë forcat që u bëhen atyre.

Kur punoni me këtë forcë të rëndësishme, ka shumë gjëra për të menduar, nga të kuptuarit e sfidave unike të kolonave të gjata e të holla deri te shtimi i qelizave të ngarkesës aksiale në paketën tuaj të veglave inxhinierike.

Por ngarkesa boshtore është gjithashtu një kujtesë se inxhinieria është një fushë e ndërlikuar që ndryshon gjithmonë.

Ndërsa vazhdojmë të shtyjmë kufijtë e asaj që është e mundur, në mënyrë të pashmangshme do të përballemi me probleme të reja që do të na kërkojnë të mendojmë në mënyrë krijuese dhe të punojmë së bashku për t'i zgjidhur.

Pra, herën tjetër që të punoni me ngarkesë boshtore, mbani mendje të hapur dhe jini gati për të mësuar.

Kush e di se çfarë gjërash të reja janë në këndin tjetër?