Гайхалтай нарийн хүч чадал: Хөнгөн цагаан лаазыг бутлах хүчийг ойлгох

Даруухан хөнгөн цагаан ундааны лааз нь хөнгөн жинтэй орчин үеийн инженерчлэлийн гайхамшиг юм, зориулалтын дагуу удаан эдэлгээтэй, мөн хязгааргүй дахин боловсруулах боломжтой. Атал, түүний бат бөх мэт санагдах бүтэц нь гайхалтай эмзэг байдлыг агуулдаг: тодорхой нөхцөлд гараар харьцангуй амархан бутлах боломжтой. Шаардлагатай хүчийг ойлгох нь физик, материалын шинжлэх ухааны сонирхолтой зарчмуудыг илчилдэг.

Сул дорой байдлын анатоми:

Зөн совингийн эсрэг, хоосон хөнгөн цагаан лааз нь хажуугийн бутлах хүчний нөлөөгөөр дүүрэн эсвэл битүүмжилсэн савнаас хамаагүй сул байна (хажуу талаас нь шахаж байна). Энэхүү сөрөг зан үйл нь түүний үндсэн загвараас үүдэлтэй:

1. Нимгэн ханатай бүтэц: Лаазыг гайхалтай нимгэн ханатай байхаар зохион бүтээсэн (ихэвчлэн эргэн тойронд байдаг 0.1 мм) тэнхлэгийн хүчийг хадгалахын зэрэгцээ материалын хэрэглээ, жинг багасгах (карбонатжилтаас үүсэх дээд доод даралтын эсэргүүцэл). Энэ нимгэн байдал нь тэднийг гулзайлтанд өртөмтгий болгодог.
2. Цилиндр геометр: Цилиндр нь нэг төрлийн дотоод даралтын эсрэг угаасаа хүчтэй байдаг, жишээлбэл, хийжүүлсэн шингэний гаднаас шахаж буй даралт гэх мэт - стрессийг тойргийнхоо эргэн тойронд үр ашигтай хуваарилдаг..
3. Буцалтанд өртөмтгий байдал: Гэхдээ, эсрэг талын хоёр цэгт хэрэглэсэн гадны хажуугийн хүчийг үзүүлэх үед (алгаа хооронд нь шахах шиг), Энэ нимгэн ханатай цилиндр нь уян хатан уналтад маш эмзэг болдог. Шахалтын ачаалал нь барилга байгууламжийг зүгээр л шахахын оронд гэнэт гулзайлгах юм уу хажуу тийш нурах үед уналт үүсдэг..

Сүйрлийн физик:

Хэзээ уналт үүсэхийг тодорхойлох чухал хүчин зүйл бол уналтын чухал даралт юм (`P_crit`). Гадны радиаль даралтын дор нимгэн ханатай цилиндрийн хувьд (шахах шиг), үүнийг ойролцоогоор тооцоолж болно:

`P_crit ≈ (E t^3) / [4 R^3 (1 - n^2)]`R

Хаана:
`E` = Хөнгөн цагааны Янгийн модуль (~69 ГПа)
`t` = Ханын зузаан (~0.0001 м)
`R` = Лаазны радиус (Стандарт 65мм диаметртэй лаазанд ~0,0325 м)
`ν` = Хөнгөн цагааны Пуассоны харьцаа (~0.33)

Эдгээр ердийн утгыг оруулснаар "P_crit" нь гайхалтай бага байна. Энэ чухал даралт нь эгзэгтэй бутлах хүч болж хувирдаг (`F_crit`) хоёр эсрэг талд хэрэгтэй:

`F_crit ≈ P_crit L D`

Хаана:
`L` = Бутлахад оролцдог урт/тойрог (хуруу/гарын өргөнтэй үр дүнтэй холбоотой