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機器 · 機械 · 結構與材料

桁架桿件的拉伸與壓縮

桁架是一種由連線成三角形的構件組成的結構,用於分配載荷。可以透過分析關節處的力來確定每個構件是受到拉力還是推力。

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意義與機制

我們假設一個理想的桁架由在關節處相連的杆組成,並在這些關節處施載入荷。這些杆主要承受沿其軸線的力。

施加在頂點上的力,其水平和垂直分力的總和等於零。透過觀察剪下和壓縮的正負,以及參考點,可以直觀地瞭解力的傳遞路徑。

關係與條件

在每個平面相交處,ΣFx=ΣFy=0 成立。 m=2j−3 是一種用於確定典型、簡單的平面桁架的規律性的量。

僅僅滿足空缺的條件,並不能保證幾何穩定性。 實際的連線變形、構件的屈服,以及材料的損壞,這些都是超出假設力學模型的影響。

觀察實驗中需要注意的事物

拉伸和壓縮構件共同平衡關節。

一個確定性的鉸鏈桁架,假設成員是直的,並且假設變形很小。 忽略自重、屈曲和節點失效。 “承載能力警告”不代表失效動力學。 不要測試真實的橋樑載荷。

關鍵關係與符號

ΣFx = ΣFy = 0 · m = 2j − 3

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
m成員人數個
j節點數個
杆件內力軸向力,在構件中N

透過範例確認

藍色和紅色成員分別代表什麼?

應力與壓縮 · 應力與壓縮構件共同保持每個關節的平衡。

常見誤解

  • 並非所有桁架的組成部分,其承載力是均等的。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第一卷 (英文版)