Tube carré VS tube rectangulaire, quelle forme est la plus durable ?
La différence de performance entretube rectangulaireettube carréDans les applications d'ingénierie, il faut analyser de manière exhaustive de multiples points de vue mécaniques tels que la résistance, la rigidité, la stabilité et la capacité portante.
1. Résistance (résistance à la flexion et à la torsion)
Résistance à la flexion :
Tube rectangulaire : lorsqu'il est soumis à une charge de flexion dans le sens du côté long (direction de la hauteur), le moment d'inertie de la section est plus grand et la résistance à la flexion est nettement meilleure que celle du tube carré.
Par exemple, la résistance à la flexion d’un tube rectangulaire de 100 × 50 mm dans le sens du côté long est supérieure à celle d’un tube carré de 75 × 75 mm.
Tube carré : Le moment d'inertie est le même dans toutes les directions et les performances de flexion sont symétriques, mais sa valeur est généralement inférieure à celle du côté long du tube rectangulaire sous la même section transversale.
Conclusion : Si la direction de la charge est claire (comme dans le cas d'une structure à poutre), le tube rectangulaire est meilleur ; si la direction de la charge est variable, le tube carré est plus équilibré.
Résistance à la torsion :
La constante de torsion du tube carré est plus élevée, la répartition des contraintes de torsion est plus uniforme et sa résistance à la torsion est supérieure à celle du tube rectangulaire. Par exemple, la résistance à la torsion du tube carré de 75 × 75 mm est nettement supérieure à celle du tube rectangulaire de 100 × 50 mm.
Conclusion : Lorsque la charge de torsion est dominante (comme sur l'arbre de transmission), les tubes carrés sont meilleurs.
2. Rigidité (capacité anti-déformation)
Rigidité à la flexion :
La rigidité est proportionnelle au moment d'inertie. Les tubes rectangulaires présentent une rigidité plus élevée dans le sens de la longueur, ce qui est adapté aux applications nécessitant une résistance à la déflexion unidirectionnelle (comme les poutres de pont).
Les tubes carrés ont une rigidité bidirectionnelle symétrique et conviennent aux charges multidirectionnelles (telles que les colonnes).
Conclusion : Les exigences de rigidité dépendent de la direction de la charge. Privilégiez les tubes rectangulaires pour les charges unidirectionnelles ; privilégiez les tubes carrés pour les charges bidirectionnelles.
3. Stabilité (résistance au flambage)
Flambement local :
Les tubes rectangulaires ont généralement un rapport largeur/épaisseur plus grand et les pièces à parois minces sont plus sujettes au flambage local, en particulier sous des charges de compression ou de cisaillement.
Les tubes carrés ont une meilleure stabilité locale en raison de leur section transversale symétrique.
Flambement global (flambage d'Euler) :
La charge de flambage est liée au rayon de giration minimal de la section transversale. Le rayon de giration des tubes carrés est identique dans toutes les directions, tandis que celui des tubes rectangulaires est plus faible dans le sens du petit côté, ce qui les rend plus sensibles au flambage.
Conclusion : Les tubes carrés sont préférés pour les éléments compressifs (tels que les piliers) ; si la direction du côté long du tube rectangulaire est limitée, elle peut être compensée par conception.
4. Capacité portante (charges axiales et combinées)
Compression axiale :
La capacité portante est liée à la section transversale et à l'élancement. À section transversale égale, les tubes carrés présentent une capacité portante supérieure grâce à leur rayon de braquage plus important.
Charge combinée (compression et flexion combinées) :
Les tubes rectangulaires peuvent bénéficier d'une disposition optimisée lorsque la direction du moment de flexion est claire (comme une charge verticale sur le côté long) ; les tubes carrés conviennent aux moments de flexion bidirectionnels.
5. Autres facteurs
Utilisation du matériel :
Les tubes rectangulaires sont plus efficaces et permettent d'économiser des matériaux lorsqu'ils sont soumis à une flexion unidirectionnelle ; les tubes carrés sont plus économiques sous des charges multidirectionnelles.
Facilité de connexion :
En raison de la symétrie des tubes carrés, les connexions de nœuds (telles que le soudage et les boulons) sont plus simples ; les tubes rectangulaires doivent tenir compte de la directionnalité.
Scénarios d'application :
Tubes rectangulaires : poutres de bâtiment, bras de grue, châssis de véhicule (direction de charge claire).
Tubes carrés : poteaux de bâtiment, fermes spatiales, cadres mécaniques (charges multidirectionnelles).
Date de publication : 28 mai 2025
