Tub quadrat VS tub rectangular, quina forma és més duradora?
La diferència de rendiment entretub rectangularitub quadraten aplicacions d'enginyeria s'ha d'analitzar exhaustivament des de múltiples perspectives mecàniques com ara la resistència, la rigidesa, l'estabilitat i la capacitat portant.
1. Resistència (resistència a la flexió i a la torsió)
Resistència a la flexió:
Tub rectangular: quan se sotmet a una càrrega de flexió al llarg de la direcció del costat llarg (direcció de l'alçada), el moment d'inèrcia de la secció és més gran i la resistència a la flexió és significativament millor que la del tub quadrat.
Per exemple, la resistència a la flexió d'un tub rectangular de 100 × 50 mm en la direcció del costat llarg és superior a la d'un tub quadrat de 75 × 75 mm.
Tub quadrat: el moment d'inèrcia és el mateix en totes direccions i el rendiment de flexió és simètric, però el seu valor sol ser menor que el de la direcció del costat llarg del tub rectangular sota la mateixa àrea de secció transversal.
Conclusió: Si la direcció de la càrrega és clara (com ara l'estructura de la biga), el tub rectangular és millor; si la direcció de la càrrega és variable, el tub quadrat està més equilibrat.
Resistència a la torsió:
La constant de torsió del tub quadrat és més alta, la distribució de la tensió de torsió és més uniforme i la resistència a la torsió és millor que la del tub rectangular. Per exemple, la resistència a la torsió del tub quadrat de 75 × 75 mm és significativament més forta que la del tub rectangular de 100 × 50 mm.
Conclusió: Quan la càrrega torsional és dominant (com ara l'eix de transmissió), els tubs quadrats són millors.
2. Rigidesa (capacitat antideformació)
Rigidesa a la flexió:
La rigidesa és proporcional al moment d'inèrcia. Els tubs rectangulars tenen una rigidesa més alta en la direcció del costat llarg, cosa que és adequada per a escenaris que necessiten resistir la deflexió unidireccional (com ara les bigues de pont).
Els tubs quadrats tenen una rigidesa bidireccional simètrica i són adequats per a càrregues multidireccionals (com ara columnes).
Conclusió: Els requisits de rigidesa depenen de la direcció de la càrrega. Trieu tubs rectangulars per a càrregues unidireccionals; trieu tubs quadrats per a càrregues bidireccionals.
3. Estabilitat (resistència a la flexió)
Vinclament local:
Els tubs rectangulars solen tenir una relació amplada-gruix més gran, i les peces de paret prima són més propenses a la deformació local, especialment sota càrregues de compressió o cisallament.
Els tubs quadrats tenen una millor estabilitat local a causa de la seva secció transversal simètrica.
Vinclament general (vinclament d'Euler):
La càrrega de vinclament està relacionada amb el radi mínim de giració de la secció transversal. El radi de giració dels tubs quadrats és el mateix en totes direccions, mentre que el radi de giració dels tubs rectangulars en la direcció del costat curt és més petit, cosa que els fa més propensos a vinclar-se.
Conclusió: Els tubs quadrats són preferibles per a elements compressius (com ara pilars); si la direcció del costat llarg del tub rectangular està restringida, es pot compensar mitjançant el disseny.
4. Capacitat portant (càrregues axials i combinades)
Compressió axial:
La capacitat portant està relacionada amb l'àrea de la secció transversal i la relació d'esveltesa. Amb la mateixa àrea de secció transversal, els tubs quadrats tenen una capacitat portant més alta a causa del seu radi de gir més gran.
Càrrega combinada (compressió i flexió combinades):
Els tubs rectangulars poden aprofitar la disposició optimitzada quan la direcció del moment de flexió és clara (com ara la càrrega vertical al costat llarg); els tubs quadrats són adequats per a moments de flexió bidireccionals.
5. Altres factors
Aprofitament del material:
Els tubs rectangulars són més eficients i estalvien materials quan se sotmeten a flexió unidireccional; els tubs quadrats són més econòmics sota càrregues multidireccionals.
Comoditat de connexió:
A causa de la simetria dels tubs quadrats, les connexions de nodes (com ara la soldadura i els cargols) són més senzilles; els tubs rectangulars han de tenir en compte la direccionalitat.
Escenaris d'aplicació:
Tubs rectangulars: bigues d'edificis, braços de grua, xassís de vehicles (direcció clara de la càrrega).
Tubs quadrats: columnes d'edificis, gelosies espacials, marcs mecànics (càrregues multidireccionals).
Data de publicació: 28 de maig de 2025
