ความแข็งของลำแสงคืออะไร?

ในวิศวกรรมโครงสร้างคานแข็งคือความสามารถของลำแสงในการต้านทานการโก่งตัวหรือการงอเมื่อใช้โมเมนต์ดัด ผลของโมเมนต์ดัดเมื่อแรงถูกนำไปใช้ที่ไหนสักแห่งในช่วงกลางของลำแสงคงที่ที่ปลายด้านหนึ่งหรือทั้งสอง มันจะเกิดขึ้นหากแรงบิดถูกนำไปใช้กับลำแสงแม้ว่าจะไม่ค่อยพบในการใช้งานจริง ความแข็งของลำแสงได้รับผลกระทบจากวัสดุของลำแสงและรูปร่างของส่วนตัดของลำแสง

แรงจูงใจในการออกแบบลำแสงที่ต่อต้านการโก่งตัวนั้นง่ายต่อการชื่นชมในกรณีของสะพาน ตัวอย่างเช่นคอนกรีตนั้นดีเยี่ยมสำหรับกำลังรับแรงอัด แต่สะพานที่ทำจากคอนกรีตเพียงอย่างเดียวจะเป็นทางเลือกที่น่าสงสาร คอนกรีตไม่แข็งแรงเมื่อถูกงอ สะพานที่ทำจากคอนกรีตจะทรุดลงกลางเนื่องจากแรงโน้มถ่วงและมีแนวโน้มที่จะกระจุย สะพานอาจแข็งแกร่งกว่านี้หากมีรากฐานหรือโครงกระดูกเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการโก่งตัวตรงกลางมากเกินไป

คานแข็งสามารถคำนวณได้โดยใช้สองปัจจัย ปัจจัยแรกคือ โมดูลัสยืดหยุ่น นี่คือคุณสมบัติของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับแนวโน้มของวัสดุที่จะเปลี่ยนรูปหรือยืดออกเมื่อใช้ความเครียด หากคานทำจากสแตนเลสจะมีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงกว่าอะลูมิเนียม นี่เป็นเพราะหากแรงที่เท่ากันถูกนำไปใช้กับรูปร่างเดียวกันของทั้งเหล็กและอลูมิเนียมวัตถุเหล็กจะทำให้เสียรูปน้อยลง แม้ว่าโลหะจะไม่เสียรูปมากนักเมื่อเทียบกับแถบยาง แต่ก็มีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกัน มันยืดออกเป็นสัดส่วนกับแรงที่ดึงลงมา ดังนั้นลำแสงที่ทำจากวัสดุที่มีมอดุลัสยืดหยุ่นสูงจะมีความแข็งของลำแสงสูงทำให้มีโอกาสงอน้อยลง

ปัจจัยอีกประการหนึ่งในความมั่นคงของลำแสงคือ โมเมนต์พื้นที่ของความเฉื่อย ของส่วนหน้าตัดของลำแสง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกระจายวัสดุในแนวตั้งใกล้หรือไกลจากศูนย์กลางของลำแสง การออกแบบลำแสงที่ใช้บ่อยในงานวิศวกรรมโยธาที่มีโมเมนต์ความเฉื่อยสูงคือ I-beam มันถูกเรียกว่า I-beam เพราะหน้าตัดซึ่งมีรูปร่างเหมือนตัวอักษร 'I' รูปร่างนี้เน้นวัสดุส่วนใหญ่ไปทางด้านล่างและด้านบนของหน้าตัดด้วยวัสดุที่เพียงพอในพื้นที่ส่วนกลางเพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนด้านนอก เหตุผลสำหรับรูปร่างนี้คือมันช่วยเพิ่มช่วงเวลาของความเฉื่อยสำหรับวัสดุที่กำหนด วัสดุที่ใช้กันมากที่สุดใน I-beams คือเหล็กซึ่งให้โมดูลัสยืดหยุ่นสูง คุณสมบัติทั้งสองของลำแสง I ให้ความแข็งของลำแสงสูงมาก