Vad är strålstyvhet?

I konstruktionsteknik är strålstyvhet en stråls förmåga att motstå avböjning eller böjning när ett böjmoment appliceras.Ett böjmoment resulterar när en kraft appliceras någonstans mitt i en stråle fixerad i en eller båda ändarna.Det kommer också att inträffa om ett vridmoment appliceras på strålen, även om detta är mindre vanligt i verkliga applikationer.Strålstivhet påverkas av både strålens material och formen på strålens tvärsnitt.

Motivationen för att utforma en stråle som motstår avböjning är lätt att uppskatta i fallet med en bro.Till exempel är betong utmärkt för sin tryckhållfasthet, men en bro som enbart är gjord av betong skulle vara ett dåligt val.Betong är inte stark när den är böjd;En bro gjord av betong kommer att sjunka i mitten på grund av tyngdkraften och troligen kommer att falla isär.Bron kan vara mycket starkare om den hade någon form av grund, eller skelett, för att förhindra att den avleder i mitten för mycket.

Strålstyvhet kan beräknas med två faktorer.Den första faktorn är elastisk modul .Detta är en materiell egenskap som hänför sig till materialets tendens att deformera eller sträcka ut när stress tillämpas.Om strålen är gjord av rostfritt stål kommer den att ha en högre elastisk modul än, säg, aluminium.Detta beror på att om samma krafter appliceras på samma form av både stål och aluminium, skulle stålobjektet deformera mindre.Även om metaller inte deformeras mycket jämfört med gummiband, uppträder de på samma sätt;De sträcker sig proportionellt till hur hårt en kraft drar på dem.Så, en stråle tillverkad av ett material med en hög elastisk modul kommer att ha en hög strålstyvhet, vilket gör det mindre troligt att böjas.

Den andra faktorn i strålstyvhet är area -ögonblicket för tröghet i strålens tvärsnitt.Detta har att göra med den vertikala fördelningen av material nära eller bort från strålens mitt.En ofta använt stråldesign inom civilingenjör med ett högt tröghetsmoment är I-strålen.Det kallas i-strålen på grund av dess tvärsnitt, som är formad som bokstaven "i".Denna form fokuserar mycket av materialet mot botten och toppen av tvärsnittet med bara tillräckligt med material i de centrala regionerna för att ansluta de yttre delarna.Anledningen till denna form är att den maximerar tröghetsmomentet för en given mängd material.Det vanligaste materialet som används i I-balkar är stål, som ger en hög elastisk modul.Dessa två egenskaper hos I-strålen ger den en mycket hög strålstyvhet.