Стальная труба в качестве консоли

Стальная труба — очень эффективный материал для консоли. Площой круглого сечения одинаково хорошо сопротивляется изгибу во всех направлениях, его легко защемить, а нагрузку на килограмм веса труба выдерживает значительно выше, чем сплошной прут того же веса.

Типичные примеры — стойки перил, датчики-выносы, кронштейны выхлопной системы, консоли стеллажей и трубные леса. Калькулятор ниже настроен на трубу условного прохода DN32 — наружный диаметр 42,4 мм при толщине стенки 3,2 мм — защемлённую консолью 1,5 м и нагруженную на конце.

Калькулятор

Этот калькулятор уже настроен на задачу выше. Измените длину, нагрузку, сечение или материал — расчёт выполнится сразу, а в адресной строке сохранится ссылка на вашу точную схему.

Конфигурация
l=1,000мм
Тип крепления
0F = 101000
Исходные данные:
Конфигурация:
Длина: 1000мм
Слева: Глухое
Справа: Без крепления
Материал: Construction steel (Обычные)
Плотность: 7850 kg/m3
E: 200,000 МПа
G: 77,000 МПа
Профиль:
Ax: 78.54mm2 Jxx: 981.75mm4
Asy: 78.54mm2 Iyy 490.87mm4
Asz: 78.54mm2 Izz: 490.87mm4
Рассчет:
Смещения (мм):
# x y zz
Реакции (newtons):
# x y zz

Прямая ссылка на эту схему: https://beamcalc.net/ru/solve/pipe-cantilever-end-load#v1-AREAgLtEmpkpQgAAEEKUAQEBAAAAAAAAFkMAAAAA

Как смоделирована балка

  • Левый конец защемлён, как если бы труба была зажата в патроне или приварена к раме.
  • Правый конец свободен.
  • В свободный конец приложена вертикальная точечная нагрузка, направленная вниз.
  • Сечение — полая круглая труба: наружный диаметр 42,4 мм, внутренний 36 мм, то есть толщина стенки 3,2 мм.

Как читать результаты

Для трубы решающую роль играет толщина стенки. Момент инерции полого круга растёт с четвёртой степенью наружного диаметра, но лишь с первой — толщины стенки, поэтому чуть более крупная труба с тонкой стенкой заметно выигрывает у меньшей толстостенной.

Следите за толщиной стенки при изменении размеров: если она станет не меньше половины наружного диаметра, сечение перестанет быть трубой, и модель будет отклонена.

Выдаваемые реакции — это поперечная сила и изгибающий момент, которые должен выдержать зажим. На практике пределом прочности такой консоли обычно служит сам зажим и его крепёж, а не труба.

Формулы

Формула Что она даёт
I = pi * (D^4 - d^4) / 64 Момент инерции полого круглого сечения. D — наружный, d — внутренний диаметр.
delta_max = F * L^3 / (3 * E * I) Прогиб на свободном конце.
M_max = F * L Изгибающий момент в защемлённом сечении.

Частые вопросы

Как смоделировать трубу, приваренную, а не зажатую?

Используйте то же жёсткое закрепление. Проплавной шов в массивной раме работает почти как заделка; если шов опирается на тонкую пластину, реальная конструкция окажется мягче модели, поэтому считайте результат верхней оценкой жёсткости.

Почему труба намного легче сплошного прута той же жёсткости?

Потому что нормальные напряжения изгиба максимальны у наружных волокон сечения. Материал у нейтральной оси почти не вносит вклада в момент инерции, поэтому его удаление даёт экономию веса почти без потери жёсткости.

Подойдёт ли расчёт для труб других стандартов?

Да. Укажите фактические наружный диаметр и толщину стенки вашей трубы; обозначения вроде DN32 или 1 1/4" — это лишь условные названия, и они различаются в разных стандартах.

Можно ли проверить горизонтальную трубу, нагруженную сбоку?

Да. Параметр угла поворачивает нагрузку; для горизонтальной трубы, расталкиваемой вбок, сечение одинаково жёстко во всех направлениях, поэтому на прогиб влияет только составляющая нагрузки, перпендикулярная оси трубы.

Ещё примеры балок

  • Консоль с нагрузкой на свободном конце Балка, жёстко защемлённая с одного конца и нагруженная на другом: прогиб, угол поворота и реакции опор онлайн.
  • Консоль с нагрузкой в середине Балка, защемлённая с одного конца, с нагрузкой посередине: от положения нагрузки зависит прогиб, и на этой странице видно, во сколько раз.
  • Алюминиевый рычаг-консоль Алюминиевый прут, защемлённый с одного конца и нагруженный на другом: почему алюминиевые консоли провисают и как подобрать рычаг, который не будет.

Примеры расчёта балок