Domanda:
Appendere una rete d'acciaio senza deformazioni significative
jm666
2015-03-11 18:05:32 UTC
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Ho una rete d'acciaio saldata, come nell'immagine seguente.

steel mesh.

  • Materiale: acciaio
  • Diametro del fili: 4mm
  • Maglia: 15x15cm

Ho trovato le seguenti informazioni sulle saldature:

  • la resistenza relativa minima di saldature a taglio: F ms = 4.4kN

Voglio ritagliare un rettangolo da questa maglia (le dimensioni sono nell'immagine seguente) e voglio appenderlo al muro, sospeso da due viti .

Ora voglio appendere ai punti di saldatura dei pesi. (sull'immagine le cose simili a gocce) :), in due scenari:

  1. attaccare uniformemente a ogni punto saldato un po 'di peso (come le "gocce" blu)
  2. attacca un grosso peso al centro (la goccia rossa)

enter image description here

  • Qual è il peso Posso agganciarmi alla rete (in entrambi gli scenari) senza deformazioni strutturali significative (allungamento del 2%)?

  • Non voglio avere saldature rotte. Le saldature si frattureranno prima che le barre cedano o viceversa? A quale carico si verificherà la prima di queste modalità di errore?

Inoltre, sto cercando una "guida" su come dovrebbe essere calcolata - se è possibile in forma facile (leggi: "idealizzata"), senza software specializzato. Sarei felice di calcolarlo da solo, ma ho bisogno di qualche "come". Capire che l'uso di elementi finiti o simili darà risultati più precisi, ma qui c'è un modo "più facile / più semplice"?

La "deformazione strutturale significativa" non è sufficientemente specifica per consentire risposte di alta qualità a questa domanda. O è necessario fornire un numero come limite oppure è necessario porre una domanda leggermente diversa (ad esempio qual è il carico massimo che può sopportare prima del cedimento strutturale?).
Sfortunatamente sarà comunque molto difficile rispondere a questa domanda. La rete d'acciaio non è progettata per essere caricata in questo modo. Le saldature alle connessioni hanno il solo scopo di mantenere le barre ad angolo retto durante la manipolazione - non sono destinate a sostenere alcun carico. Ho quindi il sospetto che sarà molto difficile scoprire quali sono le dimensioni delle saldature e quindi quale carico assumeranno. Sarei molto sorpreso se le saldature non fallissero prima delle barre e quindi senza conoscere la dimensione della saldatura è impossibile calcolare la capacità.
Solo una nota che ho convertito la condizione di guasto dell'OP di 5 cm di allungamento totale al 2% (in base alle dimensioni fornite), per facilitare il calcolo in un collegamento intermedio.
@jm666 Un altro problema: se riesci a trovarlo, aggiungerei più dettagli al tipo di acciaio. "Steel" è solo leggermente più specifico di "metal". Esistono molte composizioni e trattamenti diversi che influiscono sulle proprietà meccaniche.
@TrevorArchibald - DOH. Capisco (parzialmente) il tuo punto di vista (come puoi vedere, sono un veterano dell'overflow dello stack), ma come in molte attività di programmazione, non è necessario gestire OGNI POSSIBILE situazione. Per favore, ricorda: è per il mio ** GIARDINO ** e non per la navetta spaziale. E gli utenti futuri leggeranno la risposta, dove probabilmente includerà il tipo di acciaio calcolato. Speravo che gli ingegneri sappiano da quale acciaio vengono prodotte le reti saldate standard. Inoltre, quando la risposta mi dirà: poiché l'acciaio XXXX si romperà a XXX kg - sarò * perfettamente FELICE *.
@jm666 Capisco che non stai cercando una simulazione completa fedele alla vita, ma il tipo di acciaio è una delle parti più fondamentali del problema, allo stesso modo delle dimensioni della canna. Possiamo fare supposizioni che probabilmente non saranno lontane, ma penso che da dove le stai acquistando potrebbe avere almeno qualche indizio sul tipo di acciaio utilizzato.
Sono d'accordo con @AndyT - Non sono sicuro che più informazioni sull'acciaio sarebbero utili quasi quanto più informazioni sulle saldature. Poiché si tratta di un'applicazione leggera con un problema di sicurezza non molto, forse sarebbe ragionevole fare alcune ipotesi e verificare lo scenario peggiore.
Si noti che la rete nell'immagine non può essere appesa come indicato nel diagramma senza una quantità significativa di taglio. Sei sicuro di poter appendere la tua rete con quell'orientamento?
@Air ne sono consapevole. Non è un problema, ho gli strumenti necessari, compresa la saldatrice (serviranno due teli 2x3m per coprire l'area). :) Ad ogni modo, forse sarebbe bello sapere come l'orientamento influisce sul carico massimo.
Concordo con gli altri commenti qui riguardo alle saldature che probabilmente sono il fattore di controllo in questa situazione. Come è stato sottolineato sopra da Andy, le saldature non devono essere strutturali. Hanno semplicemente lo scopo di mantenere la rete in forma fino a quando non può essere posizionata e quindi incassata nel calcestruzzo.Per quanto riguarda la tua richiesta, un modo semplice e ideale per risolvere questo problema. Tratta la rete come un traliccio. Hai il tuo carico e i tuoi punti di appoggio. Ora usa il metodo delle sezioni o il metodo dei giunti per calcolare la tensione in ogni singola barra in funzione del tuo carico totale. Fatto ea mano!
@WilliamS.Godfrey Un mese fa ho aggiunto la forza di saldatura - 4,4 kN in * taglio * medio, devo attaccare 400 kg a una saldatura per romperla. Ad essere onesti, dal sito di scambio delle pile di "ingegneria" ci si aspettava una risposta del tipo: se ogni saldatura può contenere 400 kg, la somma delle "gocce blu" deve essere inferiore a 800 kg - altrimenti le saldature nel punto di sospensione si romperanno e 400 kg per la "goccia rossa" altrimenti la saldatura nel punto di attacco si romperà. È così facile. Sembra che gli ingegneri qui complichino eccessivamente una semplice domanda per un'applicazione pratica (nella vita reale). Grazie comunque per il commento. ;)
@jm666, Ti ho suggerito di trattare la rete come un traliccio e di andare da lì. Non diventa molto più semplice di così. Il motivo per cui non ottieni una risposta semplice come ti aspettavi è perché il problema di analisi come lo hai definito non è così semplice come sembra a prima vista.
@jm666, Ti dirò una cosa, fammi sapere che tipo di acciaio è e ti darò un incredibile retro della risposta del tovagliolo utilizzando enormi supposizioni.
l'allungamento del 2% del tappeto in acciaio è sicuro sotto sforzo? con 45 gradi delle barre d'acciaio, significherebbe che l'allungamento per barra può essere superiore al 2% in alcuni punti?
Inoltre, come impiccerai il ragazzo single grasso? Questo potrebbe essere l'unico punto di errore.
Una risposta:
#1
+3
Rick
2015-08-01 00:30:59 UTC
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I punti di saldatura saranno sicuramente il fattore limitante (si pensi a una rete da carico, dove sia i trefoli che i giunti sono flessibili, ma di solito i trefoli sono diritti e le giunzioni si trovano a qualunque angolo debbano essere a essere dritto.)

Poiché la forza di "taglio" è elencata in kN lineare, presumo che questa sia la forza effettiva di un'articolazione che resiste a una forza che farebbe scorrere una barra lungo l'altra.

Assumerò inoltre che l'acciaio utilizzato abbia una resistenza allo snervamento a trazione di 370 MPa.

Penso che una buona ipotesi sia che i giunti saldati possano essere approssimati come aventi una sezione trasversale circolare . Possiamo stimare il diametro della sezione trasversale:

$$ F = \ frac {\ sigma} 2 \, \ pi \, r ^ 2 $$$$ d = \ sqrt {\ frac {8F } {\ sigma \, \ pi}} = \ sqrt {8 \ frac {4.4 \, \ mathrm {kN}} {370 \, \ mathrm {MPa} \, \ pi}} = 5.5 \, \ mathrm {mm } $$

Beh, questo è irragionevole ... quindi o quelle saldature sono fatte di qualche super lega, o il carico di taglio massimo di quelle saldature è inferiore a 4,4 kN.

Modifica :( In realtà secondo questa risposta le saldature possono essere notevolmente più grandi dei fili, quindi questo potrebbe non essere irragionevole.

Infatti il ​​carico di trazione massimo che un cilindro di acciaio 1018 di 4 mm di diametro potrebbe sostenere prima dello snervamento è di circa 4,4 kN.

Procediamo quindi come se il diametro della saldatura è 1 mm. Ogni giunto potrebbe quindi gestire un po 'di coppia $ \ tau $ in base a:

$$ \ tau = \ frac {\ pi \, \ sigma_y \, d ^ 3} {24} \ approx 50 \, \ mathrm {N \ cdot mm} $$

Ci sono circa 250 giunti quindi la coppia massima totale è di circa 62 N · m.

La coppia prodotta dal peso può essere calcolata tramite Virtual Lavoro:

L'allungamento di una maglia rigata $ \ epsilon $ è circa la metà dei radianti di deformazione $ \ gamma $.

L'energia potenziale gravitazionale ottenuta da una massa uniformemente distribuita mediante stiramento è:

$$ E = \ frac12 m \, g \, h \, \ epsilon = \ frac14 \, m \, g \, h \, \ gamma $$

$$ \ tau = \ frac {dE} {d \ gamma} = \ frac14 \, m \, g \, h $$

Risolvendo per massa si ottiene:

$$ m = 250 \ frac {4 \, \ tau} {g \, h} \ approx 2 \, \ mathrm {kg} $$

Ciò indica che se la resistenza delle saldature è vicina all'acciaio 1018 e il diametro della saldatura è vicino a 1 mm, allora non si avvicinerebbe nemmeno a sostenere il proprio peso (8 kg) quando appeso a un Angolo di 45 gradi. Tuttavia, se i punti di saldatura hanno un diametro di 2 mm, potrebbe sostenere 15 kg permettendogli di sostenere il proprio peso con un fattore di sicurezza di 2.

Se questo fosse il mio progetto, farei dei test distruttivi su uno saldare il giunto per vedere quanta coppia è necessaria per renderlo. Ciò consentirebbe di collegare $ \ tau $ e ottenere una stima ragionevole per il carico massimo.

Wow, ottima risposta. Il valore è tratto da una scheda tecnica, quanto dice "resistenza minima delle saldature a strappo" (per diametri differenti, i seguenti: per d3.5mm = 3.8kN, d3.8 = 4kN, d4 = 4.4kN, d4.5 = 4,8 kN, d5 = 5,2 kN). Inoltre, per la resistenza alla trazione del materiale del filo: 450Ma. saldatura a resistenza, fragilità a freddo 60 / 6d. / qualunque cosa significhi :) :) / Hai fornito molte equazioni - fantastico. Accettare. Finalmente qualcuno che pensa davvero alla soluzione, non solo commentando. Grazie mille. :)


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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