الأنبوب المربع مقابل الأنبوب المستطيل، أي شكل منهما أكثر متانة؟
الفرق في الأداء بينأنبوب مستطيلوأنبوب مربعفي التطبيقات الهندسية، يجب تحليلها بشكل شامل من وجهات نظر ميكانيكية متعددة مثل القوة والصلابة والاستقرار وقدرة التحمل.
1. القوة (مقاومة الانحناء والالتواء)
قوة الانحناء:
الأنبوب المستطيل: عند تعرضه لحمل انحناء على طول اتجاه الجانب الطويل (اتجاه الارتفاع)، يكون عزم القصور الذاتي للمقطع أكبر، ومقاومة الانحناء أفضل بكثير من مقاومة الأنبوب المربع.
على سبيل المثال، قوة الانحناء للأنبوب المستطيل 100×50 مم في اتجاه الجانب الطويل أعلى من قوة الانحناء للأنبوب المربع 75×75 مم.
الأنبوب المربع: عزم القصور الذاتي هو نفسه في جميع الاتجاهات، وأداء الانحناء متماثل، لكن قيمته عادة ما تكون أصغر من قيمة اتجاه الجانب الطويل للأنبوب المستطيل تحت نفس مساحة المقطع العرضي.
الخلاصة: إذا كان اتجاه الحمل واضحًا (مثل هيكل العارضة)، فإن الأنبوب المستطيل أفضل؛ أما إذا كان اتجاه الحمل متغيرًا، فإن الأنبوب المربع يكون أكثر توازنًا.
قوة الالتواء:
يتميز الأنبوب المربع بمعامل التواء أعلى، وتوزيع إجهاد الالتواء فيه أكثر انتظامًا، ومقاومته للالتواء أفضل من الأنبوب المستطيل. فعلى سبيل المثال، تكون مقاومة الالتواء للأنبوب المربع ذي الأبعاد 75×75 مم أقوى بكثير من مقاومة الالتواء للأنبوب المستطيل ذي الأبعاد 100×50 مم.
الخلاصة: عندما يكون الحمل الالتوائي هو السائد (مثل عمود نقل الحركة)، فإن الأنابيب المربعة أفضل.
2. الصلابة (القدرة على مقاومة التشوه)
صلابة الانحناء:
تتناسب الصلابة طرديًا مع عزم القصور الذاتي. تتميز الأنابيب المستطيلة بصلابة أعلى في اتجاه الجانب الطويل، وهو ما يناسب السيناريوهات التي تتطلب مقاومة الانحراف أحادي الاتجاه (مثل عوارض الجسور).
تتميز الأنابيب المربعة بصلابة ثنائية الاتجاه متناظرة وهي مناسبة للأحمال متعددة الاتجاهات (مثل الأعمدة).
الخلاصة: تعتمد متطلبات الصلابة على اتجاه الحمل. اختر الأنابيب المستطيلة للأحمال أحادية الاتجاه؛ واختر الأنابيب المربعة للأحمال ثنائية الاتجاه.
3. الاستقرار (مقاومة الانبعاج)
الانبعاج الموضعي:
عادة ما يكون للأنابيب المستطيلة نسبة عرض إلى سمك أكبر، وتكون الأجزاء ذات الجدران الرقيقة أكثر عرضة للانبعاج الموضعي، خاصة تحت أحمال الضغط أو القص.
تتمتع الأنابيب المربعة باستقرار موضعي أفضل نظرًا لمقطعها العرضي المتناظر.
الانبعاج الكلي (انبعاج أويلر):
يرتبط حمل الانبعاج بنصف قطر الدوران الأدنى للمقطع العرضي. نصف قطر الدوران للأنابيب المربعة متساوٍ في جميع الاتجاهات، بينما يكون نصف قطر الدوران للأنابيب المستطيلة في اتجاه الضلع القصير أصغر، مما يجعلها أكثر عرضة للانبعاج.
الخلاصة: يفضل استخدام الأنابيب المربعة للعناصر المضغوطة (مثل الأعمدة)؛ وإذا كان اتجاه الجانب الطويل للأنبوب المستطيل مقيدًا، فيمكن تعويض ذلك من خلال التصميم.
4. قدرة التحمل (الأحمال المحورية والمركبة)
الضغط المحوري:
تعتمد قدرة التحمل على مساحة المقطع العرضي ونسبة النحافة. ففي ظل نفس مساحة المقطع العرضي، تتمتع الأنابيب المربعة بقدرة تحمل أعلى نظرًا لنصف قطر دورانها الأكبر.
الحمل المركب (الضغط والانحناء معًا):
يمكن للأنابيب المستطيلة الاستفادة من التصميم الأمثل عندما يكون اتجاه عزم الانحناء واضحًا (مثل الحمل الرأسي على الجانب الطويل)؛ الأنابيب المربعة مناسبة لعزوم الانحناء ثنائية الاتجاه.
5. عوامل أخرى
استخدام المواد:
تعتبر الأنابيب المستطيلة أكثر كفاءة وتوفر المواد عند تعرضها للانحناء أحادي الاتجاه؛ أما الأنابيب المربعة فهي أكثر اقتصادية تحت الأحمال متعددة الاتجاهات.
سهولة الاتصال:
بسبب تناظر الأنابيب المربعة، فإن وصلات العقد (مثل اللحام والمسامير) تكون أبسط؛ أما الأنابيب المستطيلة فتحتاج إلى مراعاة الاتجاه.
سيناريوهات التطبيق:
الأنابيب المستطيلة: عوارض البناء، أذرع الرافعات، هياكل المركبات (اتجاه الحمل الواضح).
الأنابيب المربعة: أعمدة البناء، والجمالونات الفضائية، والإطارات الميكانيكية (أحمال متعددة الاتجاهات).
تاريخ النشر: 28 مايو 2025





