角管 VS 長方形管、どちらの形状の方が耐久性が高いですか?
1. 強度（曲げ強度とねじり強度）
曲げ強度:
角管：長辺方向（高さ方向）の曲げ荷重を受けた場合、断面慣性モーメントが大きく、角管に比べて耐曲げ性が大幅に優れています。
例えば、100×50mmの長方形管の長辺方向の曲げ強度は、75×75mmの正方形管の長辺方向の曲げ強度よりも高くなります。
角管：慣性モーメントは全方向で同じであり、曲げ性能は対称的ですが、その値は、通常、同じ断面積の角管の長辺方向の値よりも小さくなります。
結論: 荷重方向が明確な場合 (梁構造など) は長方形のチューブの方が適しており、荷重方向が変化する場合は角管の方がバランスが取れています。
ねじり強度:
角管は長方形管に比べてねじり定数が高く、ねじり応力分布がより均一で、ねじり抵抗も優れています。例えば、75×75mmの角管のねじり抵抗は、100×50mmの長方形管のねじり抵抗よりも大幅に優れています。
結論: ねじり荷重が支配的な場合 (トランスミッション シャフトなど)、角管の方が適しています。
2. 剛性（変形しにくい）
曲げ剛性:
剛性は慣性モーメントに比例します。長方形の管は長辺方向の剛性が高く、一方向のたわみに耐える必要がある用途（橋梁など）に適しています。
角管は対称的な双方向の剛性を持ち、多方向の荷重（柱など）に適しています。
結論：剛性要件は荷重方向によって異なります。一方向荷重の場合は長方形チューブ、双方向荷重の場合は正方形チューブを選択してください。
3. 安定性（座屈抵抗）
局所座屈:
通常、長方形のチューブは幅と厚さの比率が大きく、薄肉部品は、特に圧縮荷重やせん断荷重がかかった場合に、局所的な座屈が発生しやすくなります。
角管は、その対称的な断面により、局所的な安定性が向上します。
全体座屈（オイラー座屈）:
座屈荷重は、断面の最小回転半径と関係があります。角管の回転半径は全方向で同じですが、長方形管の短辺方向の回転半径は小さく、座屈が発生しやすくなります。
結論：圧縮部材（柱など）には角管が適しており、角管の長辺方向が制約されている場合は、設計によって補正することができます。
4. 支持力（軸方向荷重および合成荷重）
軸圧縮:
支持力は断面積と細長比に関係します。同じ断面積の場合、角管は旋回半径が大きいため、支持力が高くなります。
複合荷重（圧縮と曲げの複合荷重）:
曲げモーメントの方向が明確な場合（長辺の垂直荷重など）、長方形のチューブは最適化されたレイアウトを活用できます。一方、正方形のチューブは双方向の曲げモーメントに適しています。
5. その他の要因
材料利用:
長方形のチューブは、一方向の曲げを受ける場合には効率がよく、材料を節約できます。一方、正方形のチューブは、多方向の荷重を受ける場合には経済的です。
接続の利便性:
角管は対称性があるため、ノード接続 (溶接やボルトなど) が簡単ですが、長方形の管では方向性を考慮する必要があります。
アプリケーションシナリオ:
長方形のチューブ: 建物の梁、クレーンアーム、車両のシャーシ (荷重方向が明確)。
角管: 建物の柱、空間トラス、機械フレーム (多方向荷重)。
投稿日時: 2025年5月28日
