Wat is stijfheid van straal?

In structurele engineering is bundelstijfheid het vermogen van een bundel om weerstand te bieden aan afbuiging of buigen, wanneer een buigmoment wordt toegepast.Een buigmoment resulteert wanneer een kracht wordt uitgeoefend ergens in het midden van een balk die aan één of beide uiteinden is vastgesteld.Het zal ook optreden als een koppel op de balk wordt toegepast, hoewel dit minder gebruikelijk is in real-world toepassingen.Balkstijfheid wordt beïnvloed door zowel het materiaal van de balk als de vorm van de dwarsdoorsnede van de straal.

De motivatie voor het ontwerpen van een balk die zich weerstaat tegen afbuiging is gemakkelijk te waarderen in het geval van een brug.Beton is bijvoorbeeld geweldig voor zijn druksterkte, maar een brug die uitsluitend van beton wordt gemaakt, zou een slechte keuze zijn.Beton is niet sterk als het gebogen is;Een brug gemaakt van beton zal in het midden doorzakken vanwege de zwaartekracht en zal waarschijnlijk uit elkaar vallen.De brug kan veel sterker zijn als hij een soort fundering of skelet had om te voorkomen dat hij te veel in het midden afbuigt.

Balkstijfheid kan worden berekend met behulp van twee factoren.De eerste factor is de elastische modulus

.Dit is een materiële eigenschap die betrekking heeft op de neiging van het materiaal om te vervormen of uit te strekken wanneer stress wordt toegepast.Als de straal van roestvrij staal is gemaakt, heeft deze een hogere elastische modulus dan bijvoorbeeld aluminium.Dit komt omdat als dezelfde krachten worden uitgeoefend op dezelfde vorm van zowel staal als aluminium, het stalen object minder zou vervormen.Hoewel metalen niet veel vervormen in vergelijking met rubberen banden, gedragen ze zich op dezelfde manier;Ze strekken zich evenredig uit tot hoe hard een kracht aan hen trekt.Dus een balk gemaakt van een materiaal met een hoge elastische modulus zal een stijfheid met hoge balk hebben, waardoor het minder waarschijnlijk is om te buigen.Dit heeft te maken met de verticale verdeling van materiaal dicht bij of weg van het midden van de balk.Een vaak gebruikt bundelontwerp in civiele techniek met een hoog gebied van traagheid is de I-balk.Het wordt de I-Beam genoemd vanwege de dwarsdoorsnede, die de vorm heeft van de letter ‘ik’.Deze vorm richt veel van het materiaal naar de onderkant en bovenkant van de dwarsdoorsnede met alleen voldoende materiaal in de centrale gebieden om de buitenste delen te verbinden.De reden voor deze vorm is dat het het gebied van traagheid maximaliseert voor een bepaalde hoeveelheid materiaal.Het meest voorkomende materiaal dat wordt gebruikt in I-stralen is staal, dat een hoge elastische modulus biedt.Deze twee eigenschappen van de I-bundel geven het een stijfheid van zeer hoge balk.