Tube carré ou tube rectangulaire, quelle forme est la plus résistante ?
La différence de performance entretube rectangulaireettube carréDans les applications d'ingénierie, il est nécessaire d'analyser de manière exhaustive de multiples points de vue mécaniques tels que la résistance, la rigidité, la stabilité et la capacité de charge.
1. 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 de la longueur (direction de la hauteur), le moment d’inertie de la section est plus important et la résistance à la flexion est nettement supérieure à celle d’un tube carré.
Par exemple, la résistance à la flexion d'un tube rectangulaire de 100×50 mm dans le sens de la longueur 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 le comportement en flexion est symétrique, mais sa valeur est généralement inférieure à celle du côté long du tube rectangulaire de même section transversale.
Conclusion : Si la direction de la charge est claire (comme dans une structure de poutre), le tube rectangulaire est préférable ; si la direction de la charge est variable, le tube carré est plus équilibré.
Résistance à la torsion :
Le coefficient de torsion d'un tube carré est plus élevé, la répartition des contraintes de torsion est plus uniforme et sa résistance à la torsion est supérieure à celle d'un tube rectangulaire. Par exemple, la résistance à la torsion d'un tube carré de 75 × 75 mm est nettement supérieure à celle d'un tube rectangulaire de 100 × 50 mm.
Conclusion : Lorsque la charge de torsion est dominante (comme dans le cas d'un arbre de transmission), les tubes carrés sont préférables.
2. Rigidité (capacité anti-déformation)
Rigidité en flexion :
La rigidité est proportionnelle au moment d'inertie. Les tubes rectangulaires présentent une rigidité plus élevée dans le sens de leur longueur, ce qui convient aux applications nécessitant une résistance à la déformation unidirectionnelle (comme les poutres de pont).
Les tubes carrés présentent une rigidité bidirectionnelle symétrique et conviennent aux charges multidirectionnelles (telles que les colonnes).
Conclusion : Les exigences de rigidité dépendent du sens de la charge. Choisir des tubes rectangulaires pour les charges unidirectionnelles ; choisir des tubes carrés pour les charges bidirectionnelles.
3. Stabilité (résistance au flambage)
Flambage local :
Les tubes rectangulaires ont généralement un rapport largeur/épaisseur plus élevé, et les pièces à parois minces sont plus sujettes au flambage local, notamment sous des charges de compression ou de cisaillement.
Les tubes carrés présentent une meilleure stabilité locale grâce à leur section transversale symétrique.
Flambement global (flambage d'Euler) :
La charge de flambement 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 petit dans le sens de leur plus petit côté, ce qui les rend plus susceptibles au flambement.
Conclusion : Les tubes carrés sont préférés pour les éléments soumis à la compression (tels que les piliers) ; si la direction du côté le plus long du tube rectangulaire est contrainte, cela peut être compensé par la 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 en raison de leur rayon de courbure plus important.
Charge combinée (compression et flexion combinées) :
Les tubes rectangulaires peuvent tirer parti de la configuration 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 des matériaux :
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 :
Du fait de la symétrie des tubes carrés, les assemblages nodaux (tels que le soudage et les boulons) sont plus simples ; pour les tubes rectangulaires, il faut tenir compte du sens d’écoulement.
Scénarios d'application :
Tubes rectangulaires : poutres de construction, bras de grue, châssis de véhicule (direction de charge claire).
Tubes carrés : colonnes de bâtiments, fermes spatiales, cadres mécaniques (charges multidirectionnelles).
Date de publication : 28 mai 2025
