Pregunta:
Colgar una malla de acero sin deformaciones significativas
jm666
2015-03-11 18:05:32 UTC
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Tengo una malla de acero soldada, como en la siguiente imagen.

steel mesh.

  • Material: acero
  • Diámetro de la alambres: 4 mm
  • Malla: 15x15cm

Encontré la siguiente información sobre las soldaduras:

  • la resistencia relativa mínima de soldaduras en cizalla: F ms = 4.4kN

Quiero cortar un rectángulo de esta malla (las dimensiones están en la siguiente imagen) y Quiero colgarlo en la pared, suspendido por dos tornillos .

Ahora quiero colgar a los puntos de soldadura unos pesos. (en la imagen, las cosas en forma de gota) :), en dos escenarios:

  1. adjuntar uniformemente a cada punto soldado algo de peso (como las "gotas" azules)
  2. coloque un peso grande en el centro (la gota roja)

enter image description here

  • ¿Cuál es el peso? ¿Puedo colgarme de la malla (en ambos escenarios) sin deformaciones estructurales significativas (alargamiento del 2%)?

  • No quiero tener soldaduras rotas. ¿Se fracturarán las soldaduras antes de que las barras cedan o viceversa? ¿A qué carga ocurrirá el primero de estos modos de falla?

Además, estoy buscando alguna "guía" sobre cómo se debe calcular, si es posible hacerlo en forma fácil (léase: "idealizada"), sin software especializado. Estaría feliz de calcularlo yo mismo, pero necesito algo de "cómo". Comprenda que el uso de elementos finitos o similares dará un resultado más preciso, pero ¿hay aquí alguna forma "más fácil / simple"?

La "deformación estructural significativa" no es lo suficientemente específica como para permitir respuestas de alta calidad a esta pregunta. O debe proporcionarse un número como límite, o debe hacer una pregunta ligeramente diferente (por ejemplo, ¿cuál es la carga máxima que puede soportar antes de una falla estructural?).
Desafortunadamente, esta pregunta será muy difícil de responder de todos modos. La malla de acero no está diseñada para cargarse así. Las soldaduras en las conexiones solo están destinadas a mantener las barras en ángulos rectos durante el manejo; no están diseñadas para soportar ninguna carga. Por tanto, sospecho que será muy difícil averiguar de qué tamaño son las soldaduras y, por tanto, qué carga soportarán. Me sorprendería mucho si las soldaduras no fallan antes que las barras y, por lo tanto, sin conocer el tamaño de la soldadura es imposible calcular la capacidad.
Solo una nota que he convertido la condición de falla de OP de 5 cm de alargamiento total al 2% (según las dimensiones dadas), para facilitar el cálculo en un enlace intermedio.
@jm666 Otro problema: si puede encontrarlo, agregaría más detalles al tipo de acero. "Acero" es solo un poco más específico que "metal". Hay muchas composiciones y tratamientos diferentes que afectan las propiedades mecánicas.
@TrevorArchibald - DOH. Entiendo (parcialmente) su punto de vista (como puede ver, soy un veterano del desbordamiento de pila), pero como en muchas tareas de programación, no es necesario que maneje TODAS las situaciones POSIBLES. Por favor, recuerde: es para mi ** JARDÍN ** y no para el transbordador espacial. Y los futuros usuarios leerán la respuesta, donde probablemente se incluirá el tipo de acero calculado. Tenía la esperanza de que los ingenieros saben de qué acero son las mallas soldadas estándar que se producen. Además, cuando la respuesta me diga: porque el acero XXXX se romperá a los XXX kg, estaré * perfectamente FELIZ *.
@jm666 Entiendo que no está buscando una simulación completamente fiel a la realidad, pero el tipo de acero es una de las partes más fundamentales del problema, en la misma línea que las dimensiones de la barra. Podemos hacer suposiciones que probablemente no estarán muy lejos, pero creo que el lugar donde los compra podría tener al menos alguna pista sobre el tipo de acero utilizado.
Estoy de acuerdo con @AndyT: no estoy seguro de que más información sobre el acero sea tan útil como más información sobre las soldaduras. Dado que esto es para una aplicación liviana sin muchos problemas de seguridad, tal vez sería razonable hacer algunas suposiciones y verificar el peor de los casos.
Tenga en cuenta que la malla de la imagen no se puede colgar como se indica en el diagrama sin una cantidad significativa de corte. ¿Estás seguro de que puedes colgar tu malla en esa orientación?
@Air Soy consciente de esto. No hay problema, tengo las herramientas necesarias, incluida la máquina de soldar (necesitaré dos láminas de 2x3m para cubrir el área). :) De todos modos, quizás sería bueno saber cómo afecta la orientación a la carga máxima.
Estoy de acuerdo con los otros comentarios aquí con respecto a que las soldaduras probablemente sean el factor de control en esta situación. Como ha señalado Andy anteriormente, las soldaduras no están destinadas a ser estructurales. Simplemente están destinados a mantener la malla en forma hasta que se pueda colocar y luego encerrar en concreto. Con respecto a su solicitud de una forma idealizada y sencilla de resolver este problema. Trate la malla como un truss. Tienes tu carga y tus puntos de apoyo. Ahora use el método de secciones o el método de juntas para calcular la tensión en cada barra individual como una función de su carga total. ¡Hecho ya mano!
@WilliamS.Godfrey Hace un mes agregué la resistencia de la soldadura: 4.4kN en * cizallamiento * significa, necesito unir 400 kg a la soldadura para romperla. Para ser honesto, del sitio de intercambio de pilas de "ingeniería" se esperaba una respuesta como: Si cada soldadura puede contener 400 kg, la suma de las "gotas azules" debe ser inferior a 800 kg; de lo contrario, las soldaduras en el punto de suspensión se romperán y 400 kg para la "gota roja", de lo contrario, la soldadura en el punto de unión se romperá. Es así de fácil. Parece que aquí los ingenieros complican demasiado una pregunta simple para una aplicación práctica (en la vida real). Gracias de todos modos por el comentario. ;)
@jm666, Le sugerí que tratara la malla como un truss y partiera de allí. No hay nada más sencillo que eso. La razón por la que no obtiene una respuesta simple como esperaba es porque el problema de análisis, tal como lo ha definido, no es tan simple como aparentemente parece a primera vista.
@jm666, Te diré una cosa, déjame saber qué tipo de acero es y te daré una respuesta increíblemente posterior a la servilleta utilizando suposiciones enormes.
¿Es seguro el alargamiento del 2% de la alfombra de acero en condiciones de tensión? con 45 grados de las barras de acero, ¿significaría que el alargamiento por barra puede ser superior al 2% en algunos puntos?
Además, ¿cómo colgarás al chico gordo soltero? Este podría ser el único punto de falla.
One responder:
#1
+3
Rick
2015-08-01 00:30:59 UTC
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Los puntos de soldadura definitivamente serán el factor limitante (piense en una red de carga, donde tanto los hilos como las uniones son flexibles, pero por lo general los hilos son rectos y las uniones están en el ángulo que necesitan para dejar que los hilos ser recto.)

Dado que la resistencia al "corte" se indica en kN lineales, voy a suponer que esa es la resistencia efectiva de una articulación que resiste una fuerza que deslizaría una barra a lo largo de la otra.

Asumiré además que el acero utilizado tiene un límite elástico a la tracción de 370 MPa.

Creo que una buena suposición es que las juntas soldadas pueden aproximarse como si tuvieran una sección transversal circular . Podemos estimar el diámetro de la sección transversal:

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

Bueno, eso es irrazonable ... entonces, o esas soldaduras están hechas de una súper aleación, o la carga cortante máxima de esas soldaduras es menos de 4.4 kN.

Editar :( En realidad, de acuerdo con esta respuesta, las soldaduras pueden ser significativamente más grandes que los cables, por lo que es posible que esto no sea irrazonable. )”

De hecho, la carga máxima de tracción que un cilindro de 4 mm de diámetro de acero 1018 podría soportar antes de ceder es de aproximadamente 4,4 kN.

Así que procedamos como si el diámetro de la soldadura es de 1 mm. Cada articulación podría manejar algo de torque $ \ tau $ de acuerdo con:

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

Hay aproximadamente 250 uniones por lo que el par máximo total es de aproximadamente 62 N · m.

El par producido por el peso se calculará mediante Virtual Trabajo:

El alargamiento de una malla estriada $ \ epsilon $ es aproximadamente la mitad de los radianes de deformación $ \ gamma $.

La energía potencial gravitacional obtenida de una masa distribuida uniformemente por estiramiento es:

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

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

Resolver para la masa da:

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

Esto indica que si la resistencia de las soldaduras es cercana al acero 1018, y el diámetro de la soldadura es cercano a 1 mm, entonces ni siquiera se acercaría a sostener su propio peso (8 kg) cuando se cuelgue en un Ángulo de 45 grados. Sin embargo, si los puntos de soldadura tienen 2 mm de diámetro, entonces podría contener 15 kg, lo que le permitirá soportar su propio peso con un factor de seguridad de 2.

Si este fuera mi proyecto, haría pruebas destructivas en uno. suelde la junta para ver cuánto par se necesita para ceder. Eso le permitiría conectarse por $ \ tau $ y obtener una estimación razonable de la carga máxima.

Vaya, gran respuesta. El valor se toma de una ficha técnica, lo que dice "resistencia mínima de las soldaduras en escarpado" (para diferentes diámetros, lo siguiente: para d3.5mm = 3.8kN, d3.8 = 4kN, d4 = 4.4kN, d4.5 = 4,8 kN, d5 = 5,2 kN). Además, para la resistencia a la tracción del material del alambre: 450Ma. soldadura por resistencia, fragilidad en frío 60 / 6d. / lo que sea que signifique :):) / Proporcionaste muchas ecuaciones - genial. Aceptando. Finalmente alguien que realmente esté pensando en la solución, no solo comentando. Muchas gracias. :)


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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