Por que não é prudente escolher o feixe horizontal cilíndrico

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Ouvi dizer que não é sensato escolher viga horizontal cilíndrica. Minha pergunta é por que?

civil-engineering beam

— Mohamed
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Para qual aplicação?

— feetwet

Você ouviu isso sobre cilindros ocos, cilindros sólidos ou ambos?

— Ar

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A força de uma viga horizontal é definida com base em uma propriedade chamada módulo de seção . As formas que têm mais material distribuído perto da parte superior e inferior têm um módulo de seção mais alto. É por isso que vigas em forma de I ou retângulos altos são escolhas comuns. As formas redondas, por outro lado, concentram a maior parte do material em torno do centro da forma e muito pouco na parte superior e inferior, para que não produzam vigas muito fortes. Isso significa que uma viga redonda precisaria de muito mais material para obter a mesma força que uma viga de formato mais alto.

Você pode ver isso intuitivamente se pegar uma régua ou outro pedaço de material fino que tenha à mão e tentar dobrá-lo. Você notará que, na direção plana, é muito fraco e fácil de dobrar. Na direção ampla, porém, é bastante forte. Embora o material seja do mesmo tamanho, ter mais na parte superior e inferior torna-o mais forte.

A razão para isso não é muito difícil de entender, quando um feixe se curva, ele não pode ficar perfeitamente reto. Para formar uma curva, é necessário mudar um pouco a forma. A parte superior é comprimida (empurrada para dentro) e a parte inferior sofre uma tensão de tração (é separada). À medida que você se aproxima do centro, há menos tensão de cada tipo. De fato, quando você chega ao meio, o feixe não é separado nem pressionado, é chamado de 'eixo neutro'. Portanto, o topo e o fundo precisam ser fortes para resistir à compressão e à tensão, mas o centro só precisa ser forte o suficiente para manter tudo ligado.

Se você realmente quisesse usar uma forma cilíndrica para um feixe horizontal (talvez por razões visuais ou resistência ao vento), um tubo redondo seria mais eficiente que um cilindro sólido, porque possui menos material em torno do eixo neutro. Ainda não seria tão eficiente quanto um tubo retangular ou uma forma estrutural tradicional.

— Ethan48
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Talvez seja mais claro e preciso afirmar que na direção plana a régua é menos rígida e na direção ampla é mais rígida . A menos que o material da régua seja anisotrópico, a força não muda com a orientação e, a menos que se pretenda falha, a força não desempenha um papel no design da viga, exceto na seleção do material.

— Wwarriner

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A rigidez é a propriedade que o usuário observa, mas a força da viga é alterada quando você altera a orientação das cargas aplicadas. a força do material não muda, mas a força do feixe muda. Como o módulo de seção é o momento de inércia (que controla a rigidez) dividido pela distância extrema da fibra, a resistência e a rigidez são correlacionadas para um determinado material e para um entendimento intuitivo das propriedades da seção, não precisamos diferenciar.

— perfil completo de Ethan

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Um feixe cilíndrico provavelmente não é o melhor feixe para determinada situação. Isso não significa que não há situações específicas em que uma viga cilíndrica seria útil.

Prós

Pode resistir à mesma carga em qualquer direção ou combinação de direções. É tão forte na direção horizontal quanto na direção vertical.
Não há necessidade de se preocupar ou verificar o estado limite da torção torcional lateral (LTB).
Funciona bem como coluna de vigas (momentos e cargas axiais juntas).
A forma circular pode ter menos área de superfície do que outras formas ao considerar coisas como área pintada ou acúmulo de gelo.

Contras

Não é tão eficiente (peso do material por resistência) quanto o formato I para cargas em apenas uma direção.
Seções podem ser difíceis de encontrar ou mais caras que as formas mais comuns.
As conexões nas extremidades e com outros membros vindos do lado são mais complicadas.
Os reforços sob áreas de cargas concentradas são mais difíceis de projetar e fabricar.

A menos que um dos itens da lista "Prós" supere os "Contras", uma viga cilíndrica provavelmente não é a melhor opção.

— hazzey
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O uso de uma viga horizontal cilíndrica é imprudente, pois possui peso adicional que não oferece resistência adicional. Portanto, você está pagando por material desnecessário que não é sensato, a menos que preocupações estéticas exijam o uso da forma do cilindro. Cargas laterais altamente incomuns podem tornar o uso de uma viga cilíndrica uma opção, mas essas forças são normalmente tratadas com outros componentes do projeto.

— user416
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Você não poderia inscrever o cilindro dentro de um prisma em vez de o circunscrever? Dessa forma, você usaria menos material.

— HDE 226868

@ HDE226868 Não entendi bem sua pergunta aqui, mas se você ainda estiver curioso, poderá postá-la como uma pergunta própria com um esboço.

— Ethan48

@ Ethan48 Esta resposta parece assumir que a seção transversal do cilindro é maior que a seção transversal de um quadrado. Isso é essencialmente circunscrever a seção transversal. Estou sugerindo a inscrição, o que na verdade pesaria menos. Eu o interpretei mal?

— HDE 226868

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Acho que o que eles queriam dizer (mas não declararam explicitamente) é que, para um determinado requisito de força do feixe, o feixe cilíndrico pesará mais. Certamente você pode fazer vigas circulares menores que outras seções transversais, mas elas serão mais fracas que outras formas de seção transversal com a mesma área.

— Ethan48