Vad är stråleböjning?

I anläggningsteknik hänför sig balkböjning till beteendet hos vissa strukturella element i en fysisk design. Ett element kan betraktas som en balk om det är fast och homogent och dess längd är många gånger dess höjd eller bredd. Strålens huvudsakliga funktion är att motstå böjning; detta står i kontrast till konstruktionselement som främst motstår spänningar, kompression eller skjuvspänningar. Strukturegenskaperna hos en balk i böjning bestäms av dess dimensioner, material och tvärsnittsform.

Ett enkelt exempel på balkböjning är en bro med en bil på. Broar har ofta betongvägar ovanpå sig, men betong är i allmänhet endast stark i kompression. En lång bro tenderar emellertid att sjunka i mitten där det inte finns någon mark att stödja den. Denna sagging kommer att ha formen av en cirkulär båge och inträffar på grund av hur inre spänningar fördelas i balkböjning. För att motstå denna böjning placeras vanligtvis en starkare metallbalk under en vägyta.

Den viktigaste ekvationen vid balkböjning är Euler-Bernoulli-strålekvationen. Denna ekvation relaterar strålens avböjning till applicerade krafter, tvärsnittsegenskaper och strålens materialegenskaper. Mängden avböjning vid balkböjning kan minskas genom att minska nettopåförda krafter, omforma strålens tvärsnitt och använda ett starkare material.

I en horisontell balk med nedåtriktade krafter applicerad på den kommer den övre delen av balken faktiskt att komprimera medan den nedre delen kommer att gå i spänning. Ju längre ned materialet är, desto mer spänning kommer det att uppleva. Det visar sig att förstärkning av botten och övre områden i tvärsnittet för en viss mängd totalmaterial är det bästa sättet att göra balken starkare. Därför konstruerar ingenjörer balkar med material koncentrerat mot botten- och toppregionerna i tvärsnittet.

Detta är principen bakom utformningen av I-balkar, eller balkar med tvärsnitt som liknar bokstaven "I." Det är dyrt att producera och transportera balkar med mycket massa, så det är viktigt att minimera mängden material som används. I tvärsnittet av en I-balk finns det bara tillräckligt med material i mellanhöjder för att hålla balken ihop som ett fast stycke. Resten av materialet koncentreras i botten och toppen av tvärsnittet, vilket ger strålen en hög böjmotstånd. En stråls motstånd mot böjning kallas dess styvhet.