Konzola - Cantilever
Konzolové je tuhý konstrukční prvek , který se rozprostírá ve vodorovném směru a je podporován pouze na jednom konci. Obvykle se rozprostírá od rovného svislého povrchu, jako je zeď, ke kterému musí být pevně připevněn. Stejně jako ostatní konstrukční prvky může být konzola vytvořena jako nosník , deska, vazník nebo deska .
Když je konzola vystavena konstrukčnímu zatížení na svém vzdáleném, nepodporovaném konci, přenáší zatížení na podpěru, kde působí smykové napětí a ohybový moment .
Konzolová konstrukce umožňuje převislé konstrukce bez další podpory.
V mostech, věžích a budovách
Ocelové nosníky jsou široce nalezena ve stavebnictví, zejména v konzolových mostů a balkony (viz krakorec ). V konzolových mostech jsou konzoly obvykle stavěny jako páry, přičemž každý konzola slouží k podepření jednoho konce středové části. Forth most v Skotsko je příklad konzolové příhradový most . Konzola v budově s tradičním dřevěným rámem se nazývá molo nebo předsíň . V jižních Spojených státech je historickým typem stodoly konzolová stodola srubové stavby .
Dočasné konzoly se často používají ve stavebnictví. Částečně postavená struktura vytváří konzolu, ale dokončená struktura nepůsobí jako konzola. To je velmi užitečné v případě, že dočasné podpěry nebo falešné práce nelze použít k podepření konstrukce při stavbě (např. Přes rušnou silnici nebo řeku nebo v hlubokém údolí). Proto jsou některé příhradové obloukové mosty (viz Most Navajo ) stavěny z každé strany jako konzoly, dokud se rozpětí nedostanou k sobě, a poté jsou od sebe odděleny, aby je v tlaku stlačily, než se konečně spojily. Téměř všechny lanové mosty jsou stavěny pomocí konzol, což je jedna z jejich hlavních výhod. Mnoho krabicových nosníkových mostů je postaveno segmentově nebo v krátkých kusech. Tento typ konstrukce se dobře hodí k vyvážené konzolové konstrukci, kde je most postaven v obou směrech z jedné podpory.
Tyto struktury se kvůli své stabilitě spoléhají na točivý moment a rotační rovnováhu.
V architektonické aplikace, Frank Lloyd Wright ‚s Fallingwater použity ocelové nosníky promítat velké balkony. East Stand na stadionu Elland Road v Leedsu byl po dokončení největším konzolovým stánkem na světě, který pojal 17 000 diváků. Střecha postavena přes stojí na Old Trafford používá ocelový nosník, takže žádné podpěry budou blokovat výhled na pole. Podobnou střechu nad diváckou oblastí měl i starý (dnes už zbořený) Miami Stadium . Největší konzolová střecha v Evropě se nachází v parku St James ' v Newcastle-Upon-Tyne , domovském stadionu Newcastle United FC
Méně zjevnými příklady konzol jsou volně stojící (svislé) rádiové věže bez upínacích drátů a komíny , které odolávají tomu, aby je vítr převálcoval konzolovou akcí na jejich základně.
Forth Bridge , konzolový příhradový most
Tento betonový most během stavby dočasně funguje jako sada dvou vyvážených konzol - přičemž další konzoly vyčnívají a podporují bednění .
Most Howrah v Indii , konzolový most
Konzolový balkon domu Fallingwater od Franka Lloyda Wrighta
Konzolová železniční paluba a plot na kantonském viaduktu
Konzolová stodola ve venkovském Tennessee
Konzolová stodola v Cades Cove
Cantilever vyskytující se ve hře " Jenga "
Busan Cinema Center v Busanu v Jižní Koreji s nejdelší konzolovou střechou na světě
Konzolová fasáda Riverplace Tower v Jacksonville na Floridě od Weltona Becketa a architektů KBJ
Tento rentgenový snímek zubní náhrady „můstku“ obsahuje konzolovou korunku vlevo.
Ronan Point : Strukturální selhání části podlah zavěšených z centrální šachty.
Letadlo
Konzola se běžně používá v křídlech letadel s pevnými křídly . Raná letadla měla lehké konstrukce, které byly vyztuženy dráty a vzpěrami . Tyto však zavedly aerodynamický odpor, který omezoval výkon. I když je těžší, konzola se tomuto problému vyhýbá a umožňuje letadlu létat rychleji.
Hugo Junkers byl průkopníkem konzolového křídla v roce 1915. Jen tucet let po počátečních letech bratří Wrightů se Junkers snažil eliminovat prakticky všechny hlavní vnější výztuhy, aby se snížil odpor draku za letu. Výsledkem tohoto úsilí byl průkopnický celokovový jednoplošník Junkers J 1 z konce roku 1915, navržený od samého začátku s celokovovými konzolovými křídlovými panely. Asi rok po počátečním úspěchu Junkers J 1 dosáhl Reinhold Platz z Fokkeru úspěchu také pomocí konzolového křídla seskiplánu postaveného místo toho z dřevěných materiálů, Fokker V.1 .
V konzolovém křídle probíhá jeden nebo více silných paprsků, nazývaných nosníky , podél rozpětí křídla. Konec pevně připevněný k centrálnímu trupu je znám jako kořen a vzdálenější konec jako špička. Za letu křídla vytvářejí vztlak a nosníky přenášejí toto zatížení až do trupu.
Aby křídlo odolávalo vodorovnému smykovému namáhání buď tahem, nebo tahem motoru, musí ve vodorovné rovině také tvořit tuhou konzolu. Konstrukce s jedním nosníkem bude obvykle vybavena druhým menším táhlem blíže k odtokové hraně , které bude k hlavnímu nosníku vyztuženo dalšími vnitřními prvky nebo namáhanou kůží. Křídlo musí také odolávat kroutícím silám, dosaženým křížovým ztužením nebo jiným zpevněním hlavní konstrukce.
Konzolová křídla vyžadují mnohem silnější a těžší nosníky, než jaké by jinak byly v konstrukci s drátěnou výztuží zapotřebí. Se zvyšující se rychlostí letounu se však prudce zvyšuje odpor výztuže, přičemž je třeba posílit křídlovou konstrukci, obvykle zvýšením síly nosníků a tloušťky kůže. Při rychlostech kolem 320 km/h se síla výztuže stává nadměrnou a křídlo dostatečně silné, aby se stalo konzolou bez nadměrné hmotnosti. Zvýšení výkonu motoru na konci dvacátých a na začátku třicátých let zvýšilo rychlost v této zóně a na konci třicátých let už konzolová křídla téměř úplně nahradila vzpřímená křídla. Další změny, jako jsou uzavřené kokpity, zatahovací podvozek, přistávací klapky a konstrukce z namáhané kůže, podpořily revoluci v designu, přičemž stěžejním okamžikem byl všeobecně uznávaný letecký závod MacRobertson Anglie a Austrálie z roku 1934, který vyhrál de Havilland DH.88 Kometa .
V současné době jsou konzolová křídla téměř univerzální, přičemž výztuhy se používají pouze u některých pomalejších letadel, kde je nižší hmotnost než rychlost, například v ultralehké třídě.
V mikroelektromechanických systémech
Konzolové paprsky jsou nejrozšířenějšími strukturami v oblasti mikroelektromechanických systémů (MEMS). Časným příkladem konzoly MEMS je rezonistor, elektromechanický monolitický rezonátor. Konzoly MEMS se běžně vyrábějí z křemíku (Si), nitridu křemíku (Si 3 N 4 ) nebo polymerů . Proces výroby obvykle zahrnuje podříznutí konzolové struktury k jejímu uvolnění , často anizotropní technikou mokrého nebo suchého leptání. Bez konzolových měničů by mikroskopie atomárních sil nebyla možná. Velký počet výzkumných skupin se pokouší vyvinout konzolová pole jako biosenzory pro lékařské diagnostické aplikace. Konzoly MEMS nacházejí uplatnění také jako vysokofrekvenční filtry a rezonátory . Tyto MEMS ocelové nosníky jsou běžně vyráběny jako unimorphs nebo bimorphs .
Klíčem k pochopení chování konzol MEMS jsou dvě rovnice. První je Stoneyův vzorec , který vztahuje průhyb konce konzoly δ k aplikovanému napětí σ:
kde je Poissonův poměr , je Youngův modul , je délka paprsku a je tloušťka konzola. Byly vyvinuty velmi citlivé optické a kapacitní metody pro měření změn ve statické výchylce konzolových paprsků používaných v DC-spojených čidlech.
Druhým je vzorec vztahující se k konzolové pružinové konstantě k rozměrům konzoly a materiálovým konstantám:
kde je síla a je šířka konzoly. Pružinová konstanta souvisí s konzolovou rezonanční frekvencí obvyklým vzorcem harmonického oscilátoru . Změna síly působící na konzolu může posunout rezonanční frekvenci. Frekvenční posun lze měřit s vynikající přesností pomocí heterodynových technik a je základem konzolových senzorů spojených se střídavým proudem.
Hlavní výhodou konzol MEMS je jejich levnost a snadná výroba ve velkých polích. Výzva pro jejich praktické použití spočívá v kvadratické a krychlové závislosti specifikací výkonu konzoly na rozměrech. Tyto superlineární závislosti znamenají, že konzoly jsou poměrně citlivé na kolísání parametrů procesu, zejména tloušťky, protože je obecně obtížné přesně měřit. Ukázalo se však, že tloušťky mikroskopických střel lze přesně změřit a že tuto změnu lze kvantifikovat. Ovládání zbytkového napětí může být také obtížné.
Aplikace chemických senzorů
Chemický senzor lze získat potažením vrstvou s receptorem uznání přes horní stranu mikroraménka nosníku. Typickou aplikací je imunosenzor založený na protilátkové vrstvě, která selektivně interaguje s konkrétním imunogenem a podává zprávu o jeho obsahu ve vzorku. Ve statickém provozním režimu je odezva senzoru reprezentována ohybem paprsku vzhledem k referenčnímu mikrokřivce. Alternativně mohou být senzory mikroskopických střel provozovány v dynamickém režimu. V tomto případě paprsek vibruje na své rezonanční frekvenci a změna v tomto parametru indikuje koncentraci analytu . V nedávné době byly vyrobeny mikroakantéry, které jsou porézní, což umožňuje mnohem větší povrchovou plochu, na kterou se analyt váže, a zvyšuje citlivost zvýšením poměru hmotnosti analytu k hmotnosti zařízení. Povrchové napětí na mikroantileveru, způsobené vazbou receptor-cíl, která produkuje průhyb konzoly, lze analyzovat pomocí optických metod, jako je laserová interferometrie. Zhao et al., Také ukázali, že změnou připojovacího protokolu receptoru na povrchu mikroskopického paprsku lze citlivost dále zlepšit, když je povrchové napětí generované na mikroskopickém paprsku považováno za signál senzoru.
V aplikacích pro ukládání dat
Skladové úložiště
Konzolový regál je typ skladového skladovacího systému, který se skládá ze svislého sloupku, základny, ramen a vodorovného a/nebo příčného ztužení. Tyto součásti jsou vyrobeny z válcované i konstrukční oceli. Horizontální a/nebo křížové ztužení se používají ke spojení dvou nebo více sloupů dohromady. Běžně se nacházejí v dřevařských dvorech , dřevozpracujících obchodech a skladech instalatérských potřeb.
Přenosné úložiště
Skládací konzolový podnos je typ skládané police, kterou lze rozložit a umožnit tak pohodlný přístup k položkám na více úrovních současně. Police mohou být složeny, když se nepoužívají, pro kompaktnější skladování. Díky těmto vlastnostem se skládací konzolové podnosy často používají v zavazadlech a boxech na nářadí .
Viz také
- Aplikovaná mechanika
- Konzolové brzdy kol
- Konzolový rám jízdního kola
- Konzolová židle
- Konzolová metoda
- Konzolové schody
- Corbelův oblouk
- Teorie paprsku Euler – Bernoulli
- Glosář průmyslových vah a vážení
- Sky Canyon Grand Canyon
- Knudsenova síla v kontextu mikrokantileverů
- Ortodoncie
- Statika
Reference
Prameny
- Inglis, Simon: Football Grounds of Britain . CollinsWillow, 1996. strana 206.
- Madou, Marc J (2002). Základy mikrofabrikace . Taylor & Francis. ISBN 0-8493-0826-7.
- Roth, Leland M (1993). Pochopení architektury: historie a význam jejích prvků . Oxford, Velká Británie: Westview Press. s. 23–4 . ISBN 0-06-430158-3.
- Sarid, Dror (1994). Mikroskopie skenovací síly . Oxford University Press. ISBN 0-19-509204-X.