ऊर्ध्वाधर सलाखों के साथ एक वेल्डेड स्टील गेट की ताकत बनाम पार विकर्ण सलाखों

Question

निम्नलिखित समस्या के लिए एक मोटा अनुमान बनाने के तरीके के बारे में कुछ संकेत खोज रहे हैं ।

समान आयामों वाले दो स्टील गेट्स, समान सामग्री - जैसे सब कुछ समान है। एकमात्र अंतर यह है कि मध्य भागों में अलग-अलग संरचनाएं हैं।

शीर्ष पर कुछ बल लगाने पर, गेट अधिक से अधिक विकृत होना शुरू हो जाएगा, और कुछ बल पर गेट उस स्थान पर जमीन को स्पर्श करेगा जहां नीला तीर इंगित करता है।

मुझे दूसरे गेट के लिए कितना अधिक बल की आवश्यकता है, इसका एक मोटा अनुमान लग रहा है - यानी दूसरा गेट कितना "मजबूत" है।

मुझे वास्तव में किसी भी सटीक गणना की आवश्यकता नहीं है, लेकिन शायद कुछ सामग्री डेटा की आवश्यकता होगी, इसलिए:

• आम स्टील पतली दीवार वाली बीम (25 मिमी x 25 मिमी x 2 मिमी मोटी)
• प्रत्येक संयुक्त बिंदु को वेल्डेड किया जाता है, हम सरल हो सकते हैं और यह मान सकते हैं कि वेल्ड बिल्कुल सामग्री के समान मजबूत हैं
• निलंबन अंक अनंत बल धारण कर सकते हैं
• और किसी अन्य संभावित सरलीकरण - यह समस्या किसी रॉकेट-विज्ञान के लिए नहीं है, बल्कि एक दोस्त के साथ शाम की बातचीत को सुलझाने के लिए है।

Comments

यह आपके प्रश्न का ध्यान केंद्रित नहीं है, लेकिन गेट F2 उस एफ 1 पर चढ़ने में बहुत आसान लगता है - आमतौर पर एक गेट का मुख्य उद्देश्य लोगों को बाहर रखना है।

— हनोवर मुट्ठी

मैं बस कह रहा हूं, (विकर्ण) ग्रिड शायद उत्पादन करने के लिए अधिक महंगा है, क्योंकि आपके पास अधिक वेल्ड बिंदु हैं, और क्योंकि विकर्ण जोड़ शायद आयताकार जोड़ों की तुलना में अधिक जटिल हैं। सुनिश्चित नहीं है कि आप कम सामग्री का उपयोग करके इस अतिरिक्त लागत को बचा सकते हैं।

— दानवीरकोट

यदि आप किसी अन्य दिशा से बल लागू करते हैं, उदाहरण के लिए, कार को गेट में धकेल कर, तो परिणाम इतना भिन्न नहीं हो सकता है। दूसरी ओर, यदि आप केवल एक बार पर बल लागू करते हैं, जैसे कि एक तार के साथ खींचकर, तो मुझे उम्मीद है कि सलाखों के बीच की कम दूरी प्रतिरोध बढ़ाएगी।

— दान

Answer 1

जैसा कि grfrazee ने कहा, आप निश्चित रूप से तब तक नहीं जान पाएंगे जब तक आप एक परिमित तत्व विश्लेषण नहीं करते। मैं एक सहयोगी के रूप में इस सवाल से घबरा गया था और मैं इस बारे में चर्चा में आया। जबकि हम दोनों सहमत थे कि विकर्ण विचलन विक्षेपण का विरोध करने में बेहतर होगा, हम आश्चर्यचकित थे कि यह किस कारक से बेहतर होगा।

हम वास्तव में उत्सुक थे इसलिए हमने बहस को सुलझाया और स्काईविक स्ट्रक्चरल 3 डी पर एक त्वरित संरचनात्मक विश्लेषण किया (यदि कोई आश्चर्यचकित हो तो एक महीने के लिए मुफ्त में कोशिश कर सकता है)। दोनों फाटकों को स्थापित करने और उन्हें मुख्य रूप से विश्लेषण करने के लिए लगभग एक घंटे का समय लगा क्योंकि हमें खरोंच से नोड पदों को उत्पन्न करना था। वैसे भी यहाँ रैखिक स्थिर विश्लेषण के परिणाम हैं जो आपके द्वारा की गई मान्यताओं और सरलीकरण को ध्यान में रखते हैं। हमने F1 और F2 दोनों पर 5 kN POINT LOAD लगाया और आपके द्वारा निर्दिष्ट स्थानों पर प्रत्येक समर्थन को एक पिन समर्थन बनाया। ध्यान दें कि 3 डी रंगीन परिणामों में दोनों परिदृश्यों में गेट के वास्तविक विक्षेपण से विक्षेपण 12X अधिक है - यह अतिरंजित है इसलिए आप फाटकों के विक्षेपित आकार को देख सकते हैं।

गेट # 1

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 31.74\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 32.10\text{ mm}$

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गेट # 2

$\text{y-deflection at the bottom-left of the gate} = 7.84\text{ mm}$

$\text{Max total deflection} = 7.55\text{ mm}$

विकर्ण ब्रेसिंग (गेट # 2) स्पष्ट रूप से विजेता है। इसलिए जब दोनों फाटकों को एक ही भार के अधीन किया जाता है तो ऐसा लगता है कि गेट # 2 प्रतिरोध को बेहतर बनाता है (यानी अधिक कठोर है) 4.25 के कारक से ।

कुछ और रोचक बातें:

• ~ 350 MPa दोनों परिदृश्यों में उस शीर्ष सही समर्थन पर बहुत अधिक झुकने वाला तनाव है।
• विश्लेषण ने गेटों के आत्म-वजन को ध्यान में नहीं रखा।

मुझे यह भी जोड़ने दें कि आपके द्वारा खींचे गए विकर्ण ग्रिड के साथ एक स्केलिंग मुद्दा दिखता है, क्योंकि जब मैंने मॉडलिंग की तो मैंने पाया कि आपके आरेख द्वारा सुझाए गए बिंदुओं की तुलना में बहुत कम अंक थे। मैंने यह सुनिश्चित किया कि प्रत्येक रोम्बस के बीच समानांतर दूरी 300 मिमी थी। इसका मतलब है कि प्रत्येक रंबल का विकर्ण लगभग 424 मिमी है। आपका गेट 3300 मिमी लंबाई का है, इसलिए इसका मतलब है कि लगभग 8 rhombi को x- दिशा में आपके गेट के पार फिट होना चाहिए - लेकिन आपने लगभग 12. खींचा है। बस सोचा था कि मैं आपको बता दूंगा।

Comments

4x ऊपर alephzero के विश्लेषण के साथ अच्छी तरह से मेल खाता है। और आरेख यह पुष्टि करता है कि वास्तव में विकर्ण लट वाला खंड बहुत कम झुकता है और 600 मिमी अनुभाग अगला सीमित कारक है।

— जपा

हां मैं सहमत हूं। alephzero ने किया एक बेहतरीन त्वरित अनुमान!

— pauloz1890

दोस्तों, आप बिल्कुल अद्भुत हैं। आप और @alephzero भी। धन्यवाद।

— कोबे

Answer 2

मान लें कि जोड़ों को वेल्डेड किया गया है, शीर्ष द्वार के लिए ख़राब करने के लिए जैसा कि आप इसे खींचते हैं ऊर्ध्वाधर सलाखों को "एस" आकार में झुकना होगा। झुकने में लचीलापन लंबाई के घन के लिए आनुपातिक होगा, अगर बाकी सब कुछ समान है।

शीर्ष द्वार के तीन खंडों की कठोरता 1/1 , और समानुपाती होगी । कुल लचीलेपन का प्रभुत्व सबसे लंबे (मध्य) खंड में है।1 / 0.6 3 = 4.6 1 / 0.4 3 = $1/1^3 = 1$$1/0.6^3 = 4.6$$1/0.4^3 = 15.6$

नीचे के द्वार में, विकर्ण पट्टियाँ (पहले सन्निकटन के लिए) खड़ी पट्टियों की तुलना में असीम रूप से खड़ी होंगी क्योंकि वे तिरछे तनाव और संपीड़न में कतरनी ले जाती हैं, झुकने में नहीं। समग्र कठोरता 4 या 5 गुना अधिक (4.6 के आधार पर) के क्रम की होगी।

आप शायद विकर्ण सलाखों (या तो पतले सलाखों या कम सलाखों) में कम सामग्री के साथ भाग सकते हैं लेकिन, एक अधिक विस्तृत विश्लेषण हाथ से और मुफ्त में करने के लिए बहुत अधिक काम है!

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि अगर विकर्ण सलाखों के अंतर ऊर्ध्वाधर से मेल खाते हैं, तो जब तक क्षैतिज सलाखों के बीच लोड को पुनर्वितरित करने के लिए पर्याप्त मजबूत होते हैं।

यदि कठोरता एकमात्र मानदंड है, तो आपके पास केवल एक बाहरी आयताकार फ्रेम और विकर्ण ब्रेसिंग हो सकता है, जिसमें "ऊर्ध्वाधर सलाखों" का कोई भी भाग बिल्कुल नहीं है।

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विकर्ण ब्रेसिंग के साथ आयताकार फ्रेम के लिए +1।

— ग्रैफ्रेजी

Answer 3

जब आपने अपनी समस्या का अच्छी तरह से वर्णन किया है, तो मुझे नहीं लगता कि आप दोनों संरचनाओं पर एक जटिल जटिल तत्व विश्लेषण चलाने के बिना एक संतोषजनक उत्तर खोजने जा रहे हैं।

पहले गेट की संरचना विरेन्डेल ट्रस के समान व्यवहार करेगी क्योंकि आपके पास सभी टुकड़े अनिवार्य रूप से क्षण-जुड़े हुए हैं।

दूसरा गेट संरचना संभवतः वर्एन्डेल और एक पारंपरिक ट्रस के बीच कहीं गिरेगी, हालांकि यह अभी भी है, अधिकांश भाग के लिए, कार्य बिंदुओं के वास्तविक संरेखण के साथ जुड़ा हुआ क्षण नहीं है।

आम तौर पर, ट्रस ऐसे विस्तृत होते हैं कि उनके कार्य बिंदु (यानी सदस्यों में अक्षीय बल की क्रिया का केंद्र) लगभग एक ही बिंदु पर मेल खाते हैं। यह किसी एक सदस्य में झुकने को कम करने के लिए है क्योंकि सनकी लगभग शून्य है।

बीच में हीरे के आकार के खंड के कारण दूसरे गेट में कुछ ट्रस कार्रवाई है। दुर्भाग्य से, चूंकि हीरे के खंड के कामकाजी बिंदु ऊर्ध्वाधर / क्षैतिज वर्गों के साथ नहीं मिलते हैं, आप ट्रस कार्रवाई के कुछ लाभ खो रहे हैं।

Comments

इसलिए, अगर मुझे सही समझ में आता है - अगर हीरे के आकार का खंड, बिल्कुल हर दूसरे ऊर्ध्वाधर बार (ऊपर / नीचे) अनुभाग से मिल जाएगा - यह बेहतर होगा और सबसे अच्छा होगा यदि हीरे का खंड समान "आवधिकता" होगा ऊपरवाला / नीचे खड़ी सलाखों के रूप में .. +1 :) अन्य उत्तरों के लिए थोड़ी देर प्रतीक्षा करेगा। ;)

— कोबे

हाँ, यदि आपके हीरे के जाली के लंबवत पट्टियाँ मेल खाती हैं, तो इससे मदद मिलेगी।

— ग्रैफ्रीजी