Какая труба жестче квадратная или круглая


Какие трубы прочнее - квадратные или круглые

Профильные трубы, применяемые в качестве конструкционных деталей и строительных элементов, производятся в виде полых стержней, обладающих квадратным или прямоугольным сечением. Профильная труба по своим качествам аналогична металлическому брусу, но благодаря меньшему весу и четырем ребрам жесткости находит боле широкое применение. При изгибе основная нагрузка воздействует на крайние участки изделия, а сердцевина бруса не подвергается значительным деформациям, поэтому прочность профильной трубы на изгиб не отличается от показателей сплошного изделия аналогичного сечения.

Профильные трубы, произведенные с квадратным сечением, оказывают одинаковое сопротивление изгибающему усилию, которое направлено перпендикулярно любой из граней. Прямоугольные трубы более прочны на изгиб вдоль широкой стороны.

Замкнутость поперечного сечения способствует увеличению устойчивости данного типа профиля к кручению, что обеспечивает возможность применения профильных труб при создании арочных сводов, крутоуклонных кровель и ребристых куполов.

Сравнение показателей прочности круглых и квадратных труб

Профильные трубы имеют ряд преимуществ перед круглыми при эксплуатации в качестве несущего элемента конструкций. Применение квадратных труб позволяет уменьшить площадь поверхности конструкции и снизить вес изделия, что обеспечивает их эффективное использование в составе соединительных и каркасных частей строений и дает возможность создавать более сложные инженерные конструкции с минимальными затратами материала.

Определение показателя прочности на изгиб выполняется с учетом поперечного момента инерции. За счет равномерности распределения металла по периметру профиля квадратные трубы характеризуются высокими показателями радиусов инерции по отношению к их площади поперечного сечения, что обеспечивает эффективность их использования для изготовления сжато-изогнутых и сжатых стержней.

При равных показателях площади сечения, диаметров и толщины стенок для изгиба квадратной трубы требуется приложить большее усилие. При условии равнопрочности материалов и равной удельной тяжести изделий на погонный метр показатели прочности на изгиб сечения квадратных и круглых труб имеют сравнимые значения, при этом радиус инерции круглого сечения превышает данный показатель для квадратного сечения.

Разница между круглыми и квадратными трубами

& bullet; Physics 8, 94

Расчеты движения частиц, переносимых жидкостью, протекающей по трубе, обнаруживают удивительный эффект формы трубы.

Трубопровод. Форма трубы оказывает большое влияние на распространение частиц, взвешенных в жидкости, протекающей по трубе. Расчеты показывают, что круглые трубы производят симметричное растекание вдоль направления потока, тогда как прямоугольные трубы дают асимметрию. Трубопровод. Форма трубы оказывает большое влияние на распространение частиц, взвешенных в жидкости, протекающей по трубе. Расчеты показывают, что круглые трубы производят симметричное растекание по направлению потока, а прямоугольные трубы дают ... Показать еще Труба. Форма трубы оказывает большое влияние на распространение частиц, взвешенных в жидкости, протекающей по трубе. Расчеты показывают, что круглые трубы производят симметричное растекание вдоль направления потока, тогда как прямоугольные трубы дают асимметрию.×

Новые расчеты распространения частиц, переносимых жидкостью по трубе, показывают, что влияние формы трубы - круглой или прямоугольной - более драматично, чем думали исследователи ранее. Частицы распределяются асимметрично в прямоугольной трубе, тогда как они образуют симметричное распределение как в круглой, так и в эллиптической трубе. Удивительно, но поперечное сечение, воспроизводящее симметричное поведение круглой трубы, представляет собой не квадрат, а прямоугольник с отношением ширины к высоте примерно 2: 1.Исследователи не могут дать простое физическое объяснение, но они считают, что результаты могут помочь в оптимизации формы каналов для доставки лекарств или сосудов для химических реакций.

Исследователи давно изучали потоки частиц в жидкостях [1], такие как распространение загрязнителей в реке или распространение молекул лекарств в кровотоке. Хорошо известно, что жидкость часто ускоряет процесс растекания по сравнению с чистой диффузией. Например, дым от сигареты заполняет комнату за секунды, но если бы не было воздушных потоков, на его распространение потребовались бы дни.

Экспериментаторы часто изучают эти процессы, вводя каплю красителя в поток и наблюдая, как он распространяется с течением времени. По сравнению со средней скоростью потока одни частицы красителя будут двигаться быстрее, тогда как другие будут отставать. Исследователи определили распределение красителя для двух простейших случаев - круглой трубы и широкого плоского канала - и обнаружили, что распространение по направлению потока (вверх-вниз по потоку) симметрично для круглой трубы, но не для канала. Однако никто систематически не рассматривал другие формы, такие как эллиптические трубы и прямоугольные трубы (называемые «воздуховодами») с диапазоном соотношений ширины и высоты.

Теперь исследователи из Университета Северной Каролины, Чапел-Хилл, во главе с Роберто Камассой и Ричардом Маклафлином, вывели уравнения и провели компьютерное моделирование для изучения распределения красителя для труб самых разных форм. Они обнаружили, что различия более драматичны, чем ожидалось.

В своих расчетах команда представила, что краситель вводится в виде тонкого листа с поперечным сечением в одном месте внутри воздуховода или трубы. Частицы красителя увлекаются жидкостью, но с разной скоростью в зависимости от их положения.В середине поток быстрее, чем у стен, поэтому лист краски растягивается или выгибается в середине. Одним из статистических параметров, вычисленных исследователями, была асимметрия, которая является мерой асимметрии в направлении вверх / вниз по течению. Нулевая асимметрия означает симметричное распределение (например, идеальную колоколообразную кривую), тогда как отрицательная асимметрия описывает однобокое распределение с длинным хвостом в восходящем направлении. Положительная асимметрия означает, что длинный хвост направлен вниз по потоку.

Для круглых и эллиптических труб асимметрия была равна нулю на ранней и промежуточной стадиях потока, которые были в центре внимания данного исследования.С воздуховодами ситуация была сложнее. Узкие протоки имели отрицательный перекос, тогда как толстые, почти квадратные протоки имели положительный перекос. Как ни странно, воздуховод с нулевым перекосом - наиболее похожий на круглую трубу - был не квадратным, а прямоугольным с отношением ширины к высоте примерно 1,87. Команда планирует провести эксперименты, чтобы проверить этот результат, но их открытие, что частицы в прямоугольном воздуховоде распространяются более симметрично, чем в квадратном, поставило их в тупик, говорит Камасса. Другая загадка заключалась в том, что очень тонкие эллиптические воздуховоды имели нулевую перекосу, а прямоугольные воздуховоды такой же длины имели отрицательную перекос.

Знание перекоса может быть важным в определенных ситуациях, говорит Маклафлин. Например, при доставке лекарственного средства через трубку можно захотеть, чтобы оно поступало как острый молоток (отрицательная асимметрия) или постепенно нарастало (положительная асимметрия). Эти асимметрии также могут описывать опыт бактерии, когда она движется к максимальной концентрации питательных веществ.

Эта работа подтверждает предыдущие предположения о важности геометрии воздуховода, - говорит Колм Колфилд из Кембриджского университета в Великобритании.Он считает, что расчеты могут помочь оптимизировать входы в системы химических реакций, где два или более реагентов смешиваются вместе. «Четкое предсказание зависящей от времени эволюции [асимметрии и других параметров распределения] потенциально очень важно для обеспечения полной реакции двух различных видов», - говорит Колфилд.

Это исследование опубликовано в Physical Review Letters

–Michael Schirber

Майкл Ширбер - редактор-корреспондент журнала Physics из Лиона, Франция.

Ссылки

  1. Г. Тейлор, «Дисперсия растворимого вещества в растворителе, медленно протекающем через трубку», Proc. R. Soc. Лондон А 219 , 186 (1953).

Дополнительная информация


Тематические области

Статьи по теме

Динамика жидкости

Маленькие сферы замерзают, когда жарко

Оптофлюидный эффект заставляет группу взвешенных в жидкости частиц «замерзать», когда одна из них нагревается, что потенциально позволяет лучше контролировать эти системы.Подробнее »

Еще статьи.

Круглая труба прочнее квадратной?

Поездка на автосалон в Стоунли Кит побудила меня провести дополнительные исследования.

Я знал, что ответ будет непростым - я был прав. Как только я сделал один вывод, возник другой аргумент.

С квадратными трубами, прямоугольными секциями и двутавровыми балками можно услышать такие термины, как «сильное направление силы» или «жесткое изгибание». Когда направление силы контролируется или известно, для данного пролета квадратная труба значительно сильнее.Однако, когда направление силы неизвестно или неконтролируемая круглая труба - лучший выбор.

Если вы построили шасси из круглой трубы 1 ″, а другое из квадрата 1 ″; обеспечение хорошей триангуляции; квадратный был бы намного сильнее, но и намного тяжелее.

Что бы произошло, если бы вы использовали круглую трубу большего сечения и того же веса, что и квадратная труба?

Вот тут и началось мое замешательство, и началась математика.Все потому, что некоторые профессиональные производители гоночных автомобилей придерживались противоположных взглядов.

К счастью, многие люди уже выполнили за меня большую часть математики, поместив результаты в красивые таблицы.

см. Здесь:

Квадратная труба

За исключением отсюда:

Размер Толщина Масса / метр Второй момент области Константы кручения
Инерция Модуль упругости
B т М / м I Дж С
мм x мм мм кг / м см 4 см 4 см 3
20 2 1.05 0,692 1,21 1,06
20 2,5 1,25 0,766 1,39 1,19
25 2 1,36 1,48 2,53 1,8
25 2,5 1,64 1,69 2,97 2,07
25 3 1,89 1.84 3,33 2,27

Для моего шасси в стиле Haynes Roadster / Locost я использовал квадратные трубки ERW толщиной 25 × 25 - 2,5 мм. Этот выбор не был научным, больше основан на том факте, что у местного продавца стали есть некоторые по выгодной цене. Я купил 15 метров, а осталось примерно 2 метра. Таким образом, у меня в шасси 21,32 кг (13 м x 1,64 кг) квадратной коробки.

Моя трубка весит 1,64 кг на метр и имеет «второй момент площади» 1,69 см.

секунд площади - это мера сопротивления изгибу и деформации. Большие значения второго момента вызывают меньшие значения напряжения и прогиба.

Константы крутильных колебаний являются мерой сопротивления скручиванию. Чем больше значение, тем меньше скручивание.

Чтобы получить такой же второй момент площади для круглой трубы аналогичного размера, мне потребуется трубка толщиной 26,9 Ø x 3,2 мм и весом 1,87 кг на метр (всего 24,31 кг). Для хорошо триангулированного шасси с низкой способностью к скручиванию квадратная труба выглядит лучшим выбором (читайте дальше).Для хорошо триангулированного шасси крутильное скручивание является менее критическим конструктивным фактором, но для нетриангулированного шасси дополнительная прочность на скручивание круглой трубы может дать преимущества в определенных приложениях.

Однако это всего лишь один (плохой) пример, потому что раунд выигрывает как для второго момента площади, так и для крутильного скручивания для одного и того же веса. Круглая труба всегда будет иметь большую ширину, но она будет прочнее.

Например, я мог использовать трубки толщиной 33,7 Ø x 2 мм.Несмотря на то, что он на 9 мм шире, он покрывает дно моей квадратной коробки для второго момента площади и скручивания. Это шасси будет весить 20,28 кг (1,56 х 13 м). К тому же экономия более килограмма. Я потенциально мог бы заменить несколько трубок на тщательно сконструированные «срезные панели» и сэкономить еще больше. Жаль, что я не подсчитал эти суммы, пока не заварил шасси …….

Базовое шасси родстера / локоста Haynes можно улучшить с точки зрения триангуляции с небольшим добавлением веса или без него.Я выяснил, что, обладая знаниями, которые у меня есть, я мог бы построить его, используя квадратную трубу, которая легче и прочнее. Используя круглую трубу, я мог бы построить более прочную. Никогда не участвуя в гонках, я не уверен, насколько гибкость шасси является проблемой для этих автомобилей. Мой гуру FEA эмигрировал, и я не собираюсь учиться делать это сам, поэтому мне просто придется довольствоваться тем, что я знаю, что мой сильнее большинства.

Труба круглая

An кроме:

Внешний диаметр Толщина Масса / метр Второй момент площади Константы кручения
D т М I Дж С
мм мм кг / м см 4 см 4 см 3
21,3 2 0,952 0,571 1,14 1,07
21,3 2,5 1,16 0,664 1,33 1,25
21,3 3 1,35 0,741 1,48 1,39
26,9 2 1,23 1,22 2,44 1,81
26,9 2,5 1,5 1,44 2,88 2,14
26,9 3 1,77 1,63 3,27 2,42
26,9 3,2 1,87 1,7 3,41 2,54
33,7 2 1,56 2,51 5,02 2,98

Итак, почему следует выбирать круглые трубки вместо квадратных?

Ответ: круглая труба имеет более высокое сопротивление как изгибу, так и кручению, чем квадратная при заданном весе.

NB. Используйте трубки ERW, поскольку они намного прочнее CHS. Если позволяют финансы, используйте CDS, который еще сильнее.

В приведенных выше примерах можно увидеть, что вы можете построить шасси из круглой трубы, которая легче и прочнее, чем шасси квадратного сечения.

Если у вас круглое отверстие, пропустить через него круглую трубку максимального размера будет прочнее, чем у квадратного аналога. Однако, если у вас квадратное отверстие, используйте квадратную трубку.

Согласитесь, корпус с круглыми трубами выглядит круто!

Проблемы начинаются, когда вам приходится «выламывать» конец каждой трубы на шасси, чтобы подогнать их под себя.Забудьте о ленточной пиле, вам действительно понадобится специальное оборудование для резки труб (кольцевая пила) или напильник, а также много времени и терпения.

Для небольшого транспортного средства большой объем круглых труб является проблемой. По мере увеличения размера транспортного средства проблема упаковки уменьшается, а вес и прочность растут экспоненциально. Другими словами, если у вас большой, тяжелый автомобиль или ваше шасси смоделировано в САПР с анализом методом конечных элементов (FEA); круглую трубку однозначно стоит рассмотреть.

Итак, почему следует выбирать квадратные трубки вместо круглых?

С этим, похоже, не согласны производители шасси.Аргумент заключается не в прочности круглой трубы для данного веса, проблемы, похоже, заключаются в изготовлении.

Один из аргументов - изготовление "панелей сдвига". В рамах коробчатого сечения зазоры между рельсами шасси четко обозначены квадратными плоскими поверхностями. Заполнение зазора между рельсами; типа для переборки; легко с коробчатым сечением. С круглой трубкой это становится намного сложнее и требует много времени. Панель сдвига - это плоская секция с небольшой отдачей по всем краям; обычно 5 мм или ровно столько, чтобы дать твердое место и достаточно для сварки.Панель, работающая на сдвиг, должна быть из того же материала, что и трубная рама, и должна быть приварена швом по всем краям без зазоров. Здесь нет заклепок! Когда все сделано правильно, это может выглядеть впечатляюще, как трубчатое шасси.

Шасси с панелями, работающими на сдвиг, может быть очень жестким. Эти панели добавляют совершенно новое измерение жесткости рамы на скручивание. Вы используете квадратную трубу значительно меньшего диаметра, но заполняете все открытые участки рамы стальными листами. В результате получается рама, которая весит столько же, как ее эквивалент круглой трубы, но не имеет слабых мест.Кроме того, есть много места для установки двигателей, выхлопных труб и т. Д.

Это в основном то, что делают гонщики NASCAR. При использовании этого метода расчет прочности рамы до конечного уровня становится даже более сложным, чем при использовании круглой трубы. И САПР, и программное обеспечение для анализа методом конечных элементов (FEA) жизненно необходимы.

Второй ответ - время и навыки. Для сборки круглого трубчатого шасси обязательно потребуется специальный кондуктор и инструменты. Использование таких инструментов, как измеритель угла и даже рулетка, с круглыми трубками становится еще более сложным.С квадратными, зажимными битами для сварки и т. Д. Это на порядок проще и быстрее. Запиливание квадратного конца прямоугольного сечения не требует особой практики. Чтобы добиться идеального «рыбьего рта», нужны годы практики и изрядная доля суждений; в противном случае необходимы значительные вложения в специальный инструмент.

Третий аргумент, похоже, связан с массивным корпусом из круглых труб. Упаковка таких компонентов, как двигатели и коробки передач, направление выхлопных газов - все это становится намного более сложной задачей.Просто не так много места для всех ваших частей. Чтобы все было подогнано, трубы могут быть опущены, а их радиусы уменьшены и т. Д. Если проектировщик оказывается в такой ситуации, прочность на скручивание может фактически быть потеряна. По сути, требуется гораздо больше планирования и расчетов.

Последний аргумент - стоимость. Круглые трубки CDS в пару раз дороже квадратных труб, а потери при производстве значительно выше. Значительная часть того, что вы покупаете, окажется на полу в виде опилок и обрезков.

Меня немного раздражает то, что я сначала построил шасси, а потом понял, почему я построил его именно так. Я построил его правильно, но толком не знал почему.

.

Полное руководство по размерам и спецификациям труб - Бесплатная карманная диаграмма

Перейти к содержанию
  • На главную
  • ТрубопроводыРазвернуть / Свернуть
    • ТрубопроводРазвернуть / Свернуть
      • Направляющая для труб
      • Размеры и график труб
      • Цвета графика
      • Коды
      • Производство бесшовных и сварных труб
      • Осмотр труб
    • ФитингиРазвернуть / свернуть
      • Руководство по трубным фитингам
      • Производство трубных фитингов
      • Размеры и материалы трубных фитингов
      • Осмотр трубных фитингов - Визуальные и испытания
      • 90 и 45 градусов
      • Размеры трубных колен и возвратных труб
      • Размеры тройника
      • Размеры трубного редуктора
      • Размеры заглушки
      • Размеры трубной муфты
    • Фланцы
    • Расширение / сжатие
      • Направляющая для фланцев
      • Направляющая приварной шейки
      • Номинальные характеристики фланца
      • Размеры фланца с приварной шейкой
      • Размеры фланца RTJ
      • Размеры фланца для соединения внахлест
      • Размеры фланца с длинной приварной шейкой
      • Размеры фланца приварной втулки
      • Размеры фланца с муфтой
      • Размеры фланца с глухим фланцем
      • Размеры фланца
      • КлапаныРазвернуть / Свернуть
        • Направляющая клапана
        • Детали клапана и трим клапана
        • Запорный клапан
        • Проходной клапан
        • Шаровой клапан
        • Обратный клапан
        • Поворотный клапан
        • Стержень
        • Пробка
        • Пробка
        • Клапан сброса давления
      • Материал трубыРасширение / сжатие
        • Направляющая материала трубы
        • Углеродистая сталь
        • Легированная сталь
        • Нержавеющая сталь
        • Цветные металлы
        • Неметаллические
        • ASTM A53
            110 0003 ASTM
          • ОлецЭкспа nd / Collapse
            • Направляющая
            • Weldolet и размеры
            • Sockolet и размеры
            • Threadolet и размеры
            • Latrolet и размеры
            • Elbolet и размеры
          • Болты шпилькиРасширение / свертывание
          • Болт
          • Процедура затяжки шпильки
            • Таблица фланцевых болтов
            • Размеры тяжелой шестигранной гайки
          • Прокладки и жалюзи для очков Развернуть / Свернуть
            • Направляющая прокладок
            • Спирально-навитая прокладка
            • Размеры спирально-навитой прокладки
            • Прокладка
            • и размер
            • Spectac4 Размеры слепых очков
        • P & IDExpand / Collapse
          • Как читать P&ID
          • Схема технологического процесса
          • Символы P&ID и PFD
          • Символы клапана
        • Свернуть
        • Работа и типы насосов
      • Сосуд под давлениемРазвернуть / свернуть
        • Скоро
    • Курсы
    • ВидеоРазвернуть / свернуть
      • Видеоуроки
      • हिंदी Видео
    • Блог
  • Блог
  • Политики
  • Запрос продукта
HardHat Engineer HardHat Engineer Search Искать: