Tiub segi empat sama VS tiub segi empat tepat, bentuk yang manakah lebih tahan lama?
Perbezaan prestasi antaratiub segi empat tepatdantiub segi empat samadalam aplikasi kejuruteraan perlu dianalisis secara komprehensif dari pelbagai perspektif mekanikal seperti kekuatan, kekakuan, kestabilan dan kapasiti galas.
1. Kekuatan (rintangan lenturan dan kilasan)
Kekuatan lenturan:
Tiub segi empat tepat: Apabila dikenakan beban lenturan di sepanjang arah sisi panjang (arah ketinggian), momen inersia keratan adalah lebih besar, dan rintangan lenturan jauh lebih baik daripada tiub segi empat sama.
Contohnya, kekuatan lenturan tiub segi empat tepat 100 × 50mm pada arah sisi panjang adalah lebih tinggi daripada tiub segi empat sama 75 × 75mm.
Tiub segi empat sama: Momen inersia adalah sama dalam semua arah, dan prestasi lenturan adalah simetri, tetapi nilainya biasanya lebih kecil daripada arah sisi panjang tiub segi empat tepat di bawah luas keratan rentas yang sama.
Kesimpulan: Jika arah beban jelas (seperti struktur rasuk), tiub segi empat tepat adalah lebih baik; jika arah beban berubah-ubah, tiub segi empat sama adalah lebih seimbang.
Kekuatan kilasan:
Pemalar kilasan tiub segi empat sama adalah lebih tinggi, taburan tegasan kilasan lebih seragam, dan rintangan kilasan adalah lebih baik daripada tiub segi empat tepat. Contohnya, rintangan kilasan tiub segi empat tepat 75×75mm adalah jauh lebih kuat daripada tiub segi empat tepat 100×50mm.
Kesimpulan: Apabila beban kilasan dominan (seperti aci penghantaran), tiub segi empat sama adalah lebih baik.
2. Kekakuan (keupayaan anti-ubah bentuk)
Kekakuan lenturan:
Kekakuan adalah berkadar terus dengan momen inersia. Tiub segi empat tepat mempunyai kekakuan yang lebih tinggi pada arah sisi panjang, yang sesuai untuk senario yang perlu menahan pesongan searah (seperti rasuk jambatan).
Tiub segi empat sama mempunyai kekakuan dwiarah simetri dan sesuai untuk beban berbilang arah (seperti tiang).
Kesimpulan: Keperluan kekakuan bergantung pada arah beban. Pilih tiub segi empat tepat untuk beban searah; pilih tiub segi empat sama untuk beban dwiarah.
3. Kestabilan (rintangan lengkokan)
Lengkokan setempat:
Tiub segi empat tepat biasanya mempunyai nisbah lebar-ke-tebal yang lebih besar, dan bahagian berdinding nipis lebih terdedah kepada lengkungan setempat, terutamanya di bawah beban mampatan atau ricih.
Tiub segi empat sama mempunyai kestabilan setempat yang lebih baik disebabkan oleh keratan rentas simetrinya.
Lengkungan keseluruhan (lengkungan Euler):
Beban lengkokan berkaitan dengan jejari girasi minimum keratan rentas. Jejari girasi tiub segi empat sama adalah sama dalam semua arah, manakala jejari girasi tiub segi empat tepat pada arah sisi pendek adalah lebih kecil, menjadikannya lebih mudah tekuk.
Kesimpulan: Tiub segi empat sama lebih diutamakan untuk anggota mampatan (seperti tiang); jika arah sisi panjang tiub segi empat tepat dikekang, ia boleh dikompensasikan melalui reka bentuk.
4. Kapasiti galas (beban paksi dan gabungan)
Mampatan aksial:
Kapasiti galas berkaitan dengan luas keratan rentas dan nisbah kelangsingan. Di bawah luas keratan rentas yang sama, tiub segi empat sama mempunyai kapasiti galas yang lebih tinggi disebabkan oleh jejari pusingannya yang lebih besar.
Beban gabungan (mampatan dan lenturan gabungan):
Tiub segi empat tepat boleh memanfaatkan susun atur yang dioptimumkan apabila arah momen lenturan adalah jelas (seperti beban menegak pada sisi panjang); tiub segi empat sama sesuai untuk momen lenturan dwiarah.
5. Faktor lain
Penggunaan bahan:
Tiub segi empat tepat lebih cekap dan menjimatkan bahan apabila tertakluk kepada lenturan searah; tiub segi empat sama lebih menjimatkan di bawah beban berbilang arah.
Kemudahan sambungan:
Disebabkan simetri tiub segi empat sama, sambungan nod (seperti kimpalan dan bolt) adalah lebih mudah; tiub segi empat tepat perlu mempertimbangkan arah.
Senario aplikasi:
Tiub segi empat tepat: rasuk bangunan, lengan kren, casis kenderaan (arah beban yang jelas).
Tiub segi empat sama: tiang bangunan, kekuda ruang, rangka mekanikal (beban berbilang arah).
Masa siaran: 28 Mei 2025
