Contenuto
- Instabilità anelastica
- Deformazione elastica
- Carico critico
- Progetti per l'instabilità
- Applicazioni del mondo reale
L'instabilità è una proprietà matematica che descrive l'effetto di uno stress eccessivo o di una pressione su una struttura. Si verifica con aumenti di tensione, facendo sì che una struttura non mantenga più l'equilibrio. Il risultato finale della deformazione è solitamente collasso strutturale, ma possono verificarsi diversi tipi di deformazione.
Instabilità anelastica
L'instabilità anelastica si verifica in oggetti come una colonna di lunghezza intermedia e fatti di un materiale rigido. Questo cedimento si verifica quando il carico di pressione su un oggetto supera i limiti proporzionali dei materiali (cioè resistenza e rigidità). L'instabilità anelastica può essere identificata attraverso oggetti che si deformano a causa di una forza eccessiva. Una colonna, ad esempio, passa attraverso un processo chiamato impastamento, nel quale la parte centrale della colonna vertebrale si piega oltre la normale forza.
Deformazione elastica
L'instabilità elastica si verifica in colonne lunghe che sono semplicemente supportate. È simile all'inarcamento inelastico, in cui le proprietà di base della colonna, forza e rigidità sono le stesse, ma il risultato finale è abbastanza diverso. L'instabilità elastica fa sì che la colonna o l'oggetto si deformino, ma in una forma più grave dell'inarcamento inelastico. Mentre l'instabilità anelastica sembra creare un effetto "inginocchiato", l'instabilità elastica crea un aspetto completamente curvo dell'oggetto.
Carico critico
Il carico critico è un numero cruciale per tutte le definizioni matematiche di instabilità. Il carico critico è il carico su cui la sollecitazione diventa maggiore di quanto la colonna (o l'oggetto) possa sostenere. Qualsiasi carico superiore al carico critico genererà instabilità. Il carico critico può essere calcolato utilizzando diverse formule diverse. In questo modo è possibile calcolare i limiti di peso su ponti e strade. Il calcolo di questo limite di peso è necessario durante il progetto.
Progetti per l'instabilità
Esistono diversi modi per definire matematicamente l'instabilità. Ogni teoria definisce come avviene l'instabilità elastica o anelastica. Ogni formula ha un risultato leggermente diverso. Ad esempio, l'equazione di Eulero descrive la deformazione elastica. La teoria di Shanley descrive la curva di deformazione elastica, mentre il modello di carico a modulo tangente descrive il limite inferiore della quantità di forza per la deformazione che si verifica. Il modello di Eulero descrive la forza assoluta che una colonna può ricevere o il limite superiore più distante. La maggior parte dei progettisti preferisce il modello di carico del modulo tangente per mantenere i propri progetti al sicuro.
Applicazioni del mondo reale
Oltre a utilizzare il carico critico per definire i limiti di peso per i ponti, tutti gli edifici richiedono il supporto del carico massimo sulle colonne in modo che il tetto non cada su di essi. Ciò si verifica quando le colonne portanti raggiungono il loro carico critico. In effetti, molti oggetti nel mondo reale dipendono dagli effetti del carico critico di instabilità, il tutto dalle cosiddette ruote di bicicletta (che sono essenzialmente una lunga colonna attorcigliata e tenuta in posizione da un fulmine) per i ponti e le strade utilizzate dai ciclisti.