Vad är strålstyrka?

I konstruktionsteknik är strålstyvhet en balkens förmåga att motstå avböjning eller böjning när ett böjmoment appliceras. Ett böjmoment uppstår när en kraft appliceras någonstans i mitten av en balk i ena eller båda ändarna. Det kommer också att uppstå om ett vridmoment appliceras på strålen, även om det är mindre vanligt i verkliga tillämpningar. Strålens styvhet påverkas av både materialet i balken och formen på balkens tvärsnitt.

Motivationen för att utforma en balk som motstår avböjning är lätt att uppskatta när det gäller en bro. Till exempel är betong bra för sin tryckhållfasthet, men en bro tillverkad enbart av betong skulle vara ett dåligt val. Betong är inte stark när den är böjd; en bro av betong kommer att sjunka i mitten på grund av tyngdkraften och kommer troligen att falla isär. Bron skulle kunna vara mycket starkare om den hade någon form av grund, eller skelett, för att förhindra att den avböjs i mitten för mycket.

Balkstyvhet kan beräknas med hjälp av två faktorer. Den första faktorn är den elastiska modulen . Detta är en materiell egenskap som hänför sig till materialets tendens att deformeras eller sträckas ut när spänning appliceras. Om strålen är gjord av rostfritt stål kommer den att ha en högre elastisk modul än till exempel aluminium. Detta beror på att om samma krafter appliceras på samma form av både stål och aluminium, skulle stålobjektet deformeras mindre. Även om metaller inte deformeras mycket jämfört med gummiband, uppför de sig på samma sätt; de sträcker sig proportionellt mot hur hårt en kraft drar på dem. Så en stråle tillverkad av ett material med en hög elastisk modul kommer att ha en hög strålstivhet, vilket gör det mindre troligt att böja sig.

Den andra faktorn i strålstyvhet är tröghetsmomentet i strålens tvärsnitt. Detta har att göra med den vertikala fördelningen av material nära eller bort från balkens centrum. En ofta använd strålkonstruktion inom anläggning med ett tröghetsmoment med stort område är I-strålen. Den kallas I-strålen på grund av dess tvärsnitt, som är formad som bokstaven "I". Denna form fokuserar mycket av materialet mot botten och toppen av tvärsnittet med endast tillräckligt med material i de centrala regionerna för att ansluta de yttre delarna. Anledningen till denna form är att den maximerar tröghetsmomentet för en viss mängd material. Det vanligaste materialet som används i I-balkar är stål, vilket ger en hög elastisk modul. Dessa två egenskaper hos I-strålen ger den en mycket hög balkstyvhet.