Что такое изгиб луча?

В гражданском строительстве изгиб луча относится к поведению определенных конструктивных элементов в физическом проекте. Элемент можно считать балкой, если он твердый и однородный, а его длина во много раз превышает его высоту или ширину. Основная функция луча - противостоять изгибу; это отличается от конструктивных элементов, которые в первую очередь противостоят растяжению, сжатию или сдвиговым напряжениям. Структурные свойства балки при изгибе определяются ее размерами, материалами и формой поперечного сечения.

Простым примером изгиба балки является мост с автомобилем на нем. Мосты часто имеют бетонные дороги поверх них, но бетон, как правило, только крепкий на сжатие. Длинный мост, однако, будет иметь тенденцию провисать в середине, где нет основания для его поддержки. Это провисание будет иметь форму дуги окружности и происходит из-за способа распределения внутренних напряжений при изгибе балки. Чтобы противостоять этому изгибу, более сильная металлическая балка обычно помещается под дорожное покрытие.

Наиболее важным уравнением в изгибе пучка является уравнение пучка Эйлера-Бернулли. Это уравнение связывает отклонение балки с приложенными силами, характеристиками поперечного сечения и свойствами материала балки. Величина прогиба при изгибе балки может быть уменьшена путем уменьшения чистых приложенных сил, изменения формы поперечного сечения балки и использования более прочного материала.

В горизонтальной балке с приложенными к ней нисходящими силами верхняя часть балки фактически сжимается, а нижняя - натягивается. На самом деле, чем глубже материал, тем больше напряжения он будет испытывать. Оказывается, что для заданного количества всего материала укрепление нижней и верхней областей поперечного сечения является наилучшим способом сделать балку более прочной. Поэтому инженеры проектируют балки с материалом, сконцентрированным в нижней и верхней частях поперечного сечения.

Это принцип, лежащий в основе конструкции двутавровых балок или балок с поперечными сечениями, которые напоминают букву «я». Производить и транспортировать балки с большой массой дорого, поэтому важно минимизировать количество используемого материала. В поперечном сечении двутавровой балки достаточно материала на промежуточных высотах, чтобы удерживать балку вместе в виде цельного куска. Остальная часть материала сосредоточена в нижней и верхней части поперечного сечения, что придает балке высокую устойчивость к изгибу. Сопротивление луча изгибу называется его жесткостью.