لوله مربعی در مقابل لوله مستطیلی، کدام شکل بادوام تر است؟
تفاوت عملکرد بینلوله مستطیلیولوله مربعیدر کاربردهای مهندسی، باید از دیدگاههای مکانیکی متعدد مانند مقاومت، سختی، پایداری و ظرفیت باربری به طور جامع مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.
۱. استحکام (مقاومت در برابر خمش و پیچش)
استحکام خمشی:
لوله مستطیلی: هنگامی که تحت بار خمشی در امتداد جهت طولی (جهت ارتفاع) قرار میگیرد، گشتاور اینرسی مقطع بزرگتر است و مقاومت خمشی به طور قابل توجهی بهتر از لوله مربعی است.
برای مثال، مقاومت خمشی لوله مستطیلی ۱۰۰×۵۰ میلیمتر در جهت طولی بیشتر از لوله مربعی ۷۵×۷۵ میلیمتر است.
لوله مربعی: گشتاور اینرسی در همه جهات یکسان است و عملکرد خمشی متقارن است، اما مقدار آن معمولاً کمتر از مقدار گشتاور اینرسی در جهت طولی لوله مستطیلی با سطح مقطع یکسان است.
نتیجهگیری: اگر جهت بار مشخص باشد (مانند سازه تیر)، لوله مستطیلی بهتر است؛ اگر جهت بار متغیر باشد، لوله مربعی متعادلتر است.
استحکام پیچشی:
ثابت پیچشی لوله مربعی بالاتر است، توزیع تنش پیچشی یکنواختتر است و مقاومت پیچشی آن بهتر از لوله مستطیلی است. به عنوان مثال، مقاومت پیچشی لوله مربعی 75×75 میلیمتر به طور قابل توجهی قویتر از لوله مستطیلی 100×50 میلیمتر است.
نتیجهگیری: وقتی بار پیچشی غالب است (مانند شفت گیربکس)، لولههای مربعی بهتر هستند.
۲. سفتی (توانایی ضد تغییر شکل)
سختی خمشی:
سختی متناسب با ممان اینرسی است. لولههای مستطیلی در جهت طولی سختی بالاتری دارند که برای سناریوهایی که نیاز به مقاومت در برابر انحراف یک طرفه دارند (مانند تیرهای پل) مناسب است.
لولههای مربعی دارای سختی دو جهته متقارن هستند و برای بارهای چند جهته (مانند ستونها) مناسب میباشند.
نتیجهگیری: الزامات سختی به جهت بار بستگی دارد. برای بارهای یکجهته، لولههای مستطیلی و برای بارهای دوجهته، لولههای مربعی را انتخاب کنید.
۳. پایداری (مقاومت در برابر کمانش)
کمانش موضعی:
لولههای مستطیلی معمولاً نسبت عرض به ضخامت بیشتری دارند و قطعات جدار نازک، به ویژه تحت بارهای فشاری یا برشی، بیشتر مستعد کمانش موضعی هستند.
لولههای مربعی به دلیل سطح مقطع متقارن، پایداری موضعی بهتری دارند.
کمانش کلی (کمانش اویلر):
بار کمانش به حداقل شعاع ژیراسیون سطح مقطع مربوط میشود. شعاع ژیراسیون لولههای مربعی در تمام جهات یکسان است، در حالی که شعاع ژیراسیون لولههای مستطیلی در جهت ضلع کوتاه کوچکتر است و آنها را بیشتر مستعد کمانش میکند.
نتیجهگیری: لولههای مربعی برای اعضای فشاری (مانند ستونها) ترجیح داده میشوند؛ اگر جهت ضلع بلند لوله مستطیلی محدود باشد، میتوان آن را با طراحی جبران کرد.
۴. ظرفیت باربری (بارهای محوری و ترکیبی)
فشرده سازی محوری:
ظرفیت باربری به سطح مقطع و نسبت لاغری مربوط میشود. در سطح مقطع یکسان، لولههای مربعی به دلیل شعاع چرخش بزرگتر، ظرفیت باربری بالاتری دارند.
بار ترکیبی (ترکیبی از فشار و خمش):
لولههای مستطیلی میتوانند از طرحبندی بهینهشده زمانی که جهت گشتاور خمشی مشخص است (مانند بار عمودی در سمت طولی) بهرهمند شوند؛ لولههای مربعی برای گشتاورهای خمشی دو جهته مناسب هستند.
۵. عوامل دیگر
کاربرد مواد:
لولههای مستطیلی در برابر خمش تک جهته، کارآمدتر هستند و در مصرف مواد صرفهجویی میکنند؛ لولههای مربعی تحت بارهای چند جهته، اقتصادیتر هستند.
راحتی اتصال:
به دلیل تقارن لولههای مربعی، اتصالات گرهای (مانند جوشکاری و پیچ و مهره) سادهتر هستند؛ لولههای مستطیلی باید جهتگیری را در نظر بگیرند.
سناریوهای کاربردی:
لولههای مستطیلی: تیرهای ساختمان، بازوهای جرثقیل، شاسی خودرو (جهت بار مشخص).
لولههای مربعی: ستونهای ساختمانی، خرپاهای فضایی، قابهای مکانیکی (بارهای چند جهته).
زمان ارسال: ۲۸ مه ۲۰۲۵





