Консольный

Схематическое изображение трех типов кантилевера. В верхнем примере показано соединение с полным моментом (например, горизонтальный флагшток, прикрепленный болтами к стене здания). Средний пример создан путем расширения простой поддерживаемой балки (например, так, как доска для прыжков в воду закрепляется и выходит за край бассейна). Нижний пример создан путем добавления граничного условия Робина к элементу балки, которое по существу добавляет упругую пружину к торцевой доске. Средний и нижний пример можно считать конструктивно эквивалентным, в зависимости от эффективной жесткости пружины и элемента балки.

Кантилевера представляет собой жесткий структурный элемент , который проходит горизонтально и поддерживается только на одном конце. Обычно он отходит от плоской вертикальной поверхности, например стены, к которой он должен быть прочно прикреплен. Как и другие конструктивные элементы, консоль может быть выполнена в виде балки , плиты, фермы или плиты .

Под воздействием структурной нагрузки на своем дальнем, неподдерживаемом конце консоль переносит нагрузку на опору, где прикладывает напряжение сдвига и изгибающий момент . ^[1]

Консольная конструкция позволяет навешивать конструкции без дополнительной опоры.

В мостах, башнях и зданиях [ править ]

Консоли широко используются в строительстве, особенно в консольных мостах и балконах (см. Консоль ). В консольных мостах консоли обычно строятся парами, при этом каждая консоль используется для поддержки одного конца центральной секции. Форт-Бридж в Шотландии является примером консольной фермы моста . Консоль в традиционно фахверковом здании называется пристанью или форпостом . На юге Соединенных Штатов исторический амбар представляет собой консольный сарай из бревенчатой конструкции .

В строительстве часто используются временные консоли. Частично построенная конструкция образует консоль, но завершенная конструкция не действует как консоль. Это очень полезно, когда временные опоры или ложные конструкции нельзя использовать для поддержки конструкции во время ее строительства (например, над оживленной дорогой или рекой, или в глубокой долине). Поэтому некоторые арочные мосты с фермами (см. Мост навахо ) строятся с каждой стороны в виде консолей до тех пор, пока пролеты не достигнут друг друга, а затем раздвигаются домкратами для их сжатия перед окончательным соединением. Практически все вантовые мосты строятся на консолях - это одно из их главных преимуществ. Многие мосты с коробчатыми балками строятся сегментно., или короткими кусочками. Этот тип конструкции хорошо подходит для сбалансированной консольной конструкции, когда мост строится в обоих направлениях на одной опоре.

Эти конструкции в значительной степени полагаются на крутящий момент и вращательное равновесие для их устойчивости.

В архитектурной заявке, Фрэнк Ллойд Райт «s Фоллингуотер используются кантилеверы проецировать большие балконы. После завершения строительства Восточная трибуна на стадионе Элланд Роуд в Лидсе стала самой большой консольной трибуной в мире ^[2], вмещавшей 17 000 зрителей. На крыше трибун на « Олд Траффорд» используется консоль, поэтому никакие опоры не закрывают обзор поля. У старого (ныне снесенного) стадиона Майами была аналогичная крыша над зоной для зрителей. Самая большая консольная крыша в Европе находится в парке Сент-Джеймс в Ньюкасл-апон-Тайн , домашнем стадионе футбольного клуба « Ньюкасл Юнайтед».^[3]^[4]

Менее очевидными примерами консолей являются отдельно стоящие (вертикальные) радиомачты без растяжек и дымовые трубы , которые сопротивляются ветру за счет консольного действия у их основания.

Forth Bridge , консольная фермы моста.
Этот бетонный мост временно функционирует как набор из двух сбалансированных консолей во время строительства - с дополнительными консолями, выступающими для поддержки опалубки .
Мост Ховрах в Индии , консольный мост.
Консольный балкон дома Fallingwater работы Фрэнка Ллойда Райта .
Консольный железнодорожный настил и забор на Кантонском виадуке
Консольный сарай в сельской местности Теннесси
Консольный сарай в Кейдс Коув
Двухэтажное здание в Англии.
Консоль, встречающаяся в игре « Дженга »
Пусанский киноцентр в Пусане, Южная Корея, с самой длинной в мире консольной крышей.
Консольный фасад башни Риверплейс в Джексонвилле, Флорида , работы Велтона Беккета и KBJ Architects
Это рентгенограмма «мост» реставрация зубов имеет консольную корону слева
Ронан-Пойнт : структурное разрушение части перекрытий, консольных из центральной шахты.

Самолет [ править ]

В этом разделе не процитировать любые источники . Пожалуйста, помогите улучшить этот раздел , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален . ( Апрель 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Новаторский цельнометаллический моноплан Junkers J 1 1915 года, первый самолет с свободнонесущим крылом.

Консоль обычно используется в крыльях самолетов с неподвижным крылом . Ранние самолеты имели легкие конструкции, скрепленные тросами и подкосами . Однако они вводили аэродинамическое сопротивление, которое ограничивало характеристики. Несмотря на то, что он тяжелее, консоль позволяет избежать этой проблемы и позволяет самолету лететь быстрее.

Хьюго Юнкерс первым изобрел консольное крыло в 1915 году. Всего через десять лет после первых полетов братьев Райт «Юнкерс» попытался устранить практически все основные внешние элементы жесткости, чтобы уменьшить сопротивление планера в полете. Результатом этих усилий стал первый цельнометаллический моноплан Junkers J 1 конца 1915 года, изначально спроектированный с цельнометаллическими консольными панелями крыла. Примерно через год после первоначального успеха Юнкерс J 1, Reinhold Platz из Fokker также добилось успеха с консольными крылами sesquiplane построен вместо с деревянными материалами, на Fokker V.1 .

de Havilland DH.88 Comet G-ACSS, победитель Большой воздушной гонки 1934 года, демонстрирует свободнонесущее крыло

В свободном крыле одна или несколько прочных балок, называемых лонжеронами , проходят по размаху крыла. Конец, жестко прикрепленный к центральной части фюзеляжа, известен как корень, а дальний конец - как кончик. В полете крылья создают вертикальную подъемную силу, а лонжероны переносят эту нагрузку на фюзеляж.

Чтобы противостоять горизонтальным напряжениям сдвига либо от сопротивления, либо от тяги двигателя, крыло также должно образовывать жесткую консоль в горизонтальной плоскости. Конструкция с одним лонжероном обычно оснащается вторым лонжероном меньшего размера ближе к задней кромке , прикрепленным к основному лонжерону с помощью дополнительных внутренних элементов или напряженной обшивки. Крыло также должно противостоять скручивающим силам, достигаемым за счет поперечных распорок или иного усиления жесткости основной конструкции.

Для консольных крыльев требуются более прочные и тяжелые лонжероны, чем в конструкции с проволочными опорами. Однако по мере увеличения скорости самолета сопротивление жесткости резко возрастает, в то время как конструкция крыла должна быть усилена, обычно за счет увеличения прочности лонжеронов и толщины обшивки. На скорости около 200 миль в час (320 км / ч) сопротивление распорки становится чрезмерным, и крыло становится достаточно прочным, чтобы сделать консоль без потери веса. Увеличение мощности двигателей в конце 1920-х - начале 1930-х годов привело к увеличению скорости в этой зоне, и к концу 1930-х годов консольные крылья почти полностью вытеснили подкосные. ^[5]Другие изменения, такие как закрытые кабины, убирающееся шасси, посадочные закрылки и конструкция с усиленной обшивкой, способствовали революции в дизайне, и решающим моментом, широко признанным, стала воздушная гонка Мак-Робертсона Англия-Австралия 1934 года, в которой выиграл de Havilland DH.88 Комета . ^[6]

В настоящее время свободнонесущие крылья почти универсальны, а распорки используются только для некоторых более медленных самолетов, где меньший вес имеет приоритет над скоростью, например, в сверхлегком классе.

В микроэлектромеханических системах [ править ]

СЭМ изображение бывшего в употреблении кантилевера АСМ

Консольные балки - самые распространенные конструкции в области микроэлектромеханических систем (MEMS). Ранним примером кантилевера MEMS является Резонистор ^[7]^[8] , электромеханический монолитный резонатор. Кантилеверы MEMS обычно изготавливаются из кремния (Si), нитрида кремния (Si ₃ N ₄ ) или полимеров . Процесс изготовления обычно включает подрезку консольной конструкции для ее высвобождения , часто с использованием анизотропной техники влажного или сухого травления. Без кантилеверных преобразователей, атомно-силовая микроскопиябыло бы невозможно. Большое количество исследовательских групп пытается разработать консольные решетки в качестве биосенсоров для медицинских диагностических приложений. Кантилеверы MEMS также находят применение в качестве радиочастотных фильтров и резонаторов . В MEMS кантилеверы обычно сделаны как unimorphs или bimorphs .

Два уравнения являются ключевыми для понимания поведения кантилеверов MEMS. Первая - это формула Стони , которая связывает прогиб конца кантилевера δ с приложенным напряжением σ:

{\ displaystyle \ delta = {\ frac {3 \ sigma \ left (1- \ nu \ right)} {E}} {\ frac {L ^ {2}} {t ^ {2}}}}

где - коэффициент Пуассона , - модуль Юнга , - длина балки, - толщина кантилевера. Для измерения изменений статического отклонения консольных балок, используемых в датчиках с постоянным током, были разработаны очень чувствительные оптические и емкостные методы. ${\ displaystyle \ nu}$ ${\ displaystyle E}$ ${\ displaystyle L}$ ${\ displaystyle t}$

Вторая - это формула, связывающая жесткость пружины кантилевера с размерами кантилевера и константами материала: ${\ displaystyle k}$

{\ Displaystyle к = {\ гидроразрыва {F} {\ delta}} = {\ гидроразрыва {Ewt ^ {3}} {4L ^ {3}}}}

где - сила, а - ширина кантилевера. Жесткость пружины связана с резонансной частотой кантилевера по формуле обычного гармонического осциллятора . Изменение силы, приложенной к кантилеверу, может сместить резонансную частоту. Сдвиг частоты может быть измерен с высочайшей точностью с помощью гетеродинных методов и является основой кантилеверных датчиков с переменным током. ${\ displaystyle F}$ ${\ displaystyle w}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0}}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0} = {\ sqrt {k / m _ {\ text {эквивалент}}}}}$

Основным преимуществом кантилеверов MEMS является их дешевизна и простота изготовления в больших массивах. Проблема для их практического применения заключается в квадратной и кубической зависимости технических характеристик кантилевера от размеров. Эти сверхлинейные зависимости означают, что кантилеверы весьма чувствительны к изменению параметров процесса, особенно к толщине, поскольку ее обычно трудно точно измерить. ^[9] Однако было показано, что толщину микрокантилевера можно точно измерить и что это изменение можно измерить. ^[10] Контроль остаточного напряжения также может быть трудным.

Кантилевер MEMS в резонансе ^[11]

Приложения химических датчиков [ править ]

Химический сенсор может быть получен путем нанесения на слое рецептора распознавания по верхней стороне микрокантилевера пучка. ^[12] Типичным применением является иммуносенсор на основе слоя антител, который избирательно взаимодействует с конкретным иммуногеном и сообщает о его содержании в образце. В статическом режиме работы чувствительность датчика определяется изгибом луча относительно эталонного микрокантилевера. В качестве альтернативы микрокантилеверные датчики могут работать в динамическом режиме. В этом случае луч вибрирует на своей резонансной частоте, и изменение этого параметра указывает на концентрацию аналита.. Недавно были изготовлены микрокантилеверы, которые являются пористыми, что позволяет значительно увеличить площадь поверхности для связывания анализируемого вещества , повышая чувствительность за счет увеличения отношения массы анализируемого вещества к массе устройства. ^[13] Поверхностное напряжение микрокантилевера из-за связывания рецептора с мишенью, которое вызывает отклонение кантилевера, можно проанализировать с помощью оптических методов, таких как лазерная интерферометрия. Zhao et al. Также показали, что путем изменения протокола прикрепления рецептора к поверхности микрокантилевера чувствительность может быть дополнительно улучшена, если поверхностное напряжение, создаваемое на микрокантилевере, принимается в качестве сигнала датчика. ^[14]

В приложениях для хранения [ править ]

Складское хранение [ править ]

Консольные стеллажи - это тип складской системы хранения, состоящей из вертикальной колонны, основания, плеч и горизонтальных и / или поперечных распорок. Эти компоненты изготавливаются как из профилированной, так и из конструкционной стали. Горизонтальные и / или поперечные распорки используются для соединения двух или более колонн вместе. Их обычно можно найти на лесных складах , в деревообрабатывающих цехах и на складах сантехники.

Портативное хранилище [ править ]

Складной консольный лоток - это тип штабелированной полки, которую можно разложить, чтобы обеспечить удобный доступ к предметам на нескольких ярусах одновременно. Полки можно сложить, когда они не используются, для более компактного хранения. Благодаря этим свойствам складные консольные лотки часто используются в багаже и ящиках для инструментов .

См. Также [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме кантилеверов .

Прикладная механика
Консольные велосипедные тормоза
Консольная рама велосипеда
Консольный стул
Консольный метод
Консольные лестницы
Арка Корбеля
Теория пучка Эйлера – Бернулли
Глоссарий промышленных весов и взвешивания
Набережная Гранд-Каньона
Сила Кнудсена в контексте микрокантилеверов
Ортодонтия
Статика

Ссылки [ править ]

^ Hool, George A .; Джонсон, Натан Кларк (1920). «Элементы структурной теории - определения» . Справочник по строительству зданий (Google Книги) . т. 1 (1-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл . п. 2 . Проверено 1 октября 2008 . Консольная балка - это балка, один конец которой жестко закреплен, а другой конец - свободен.
^ "GMI Construction выигрывает контракт на проектирование и строительство на восточной трибуне Элланд Роуд футбольного клуба Лидс Юнайтед на сумму 5,5 млн фунтов стерлингов" . Новости строительства . 6 февраля 1992 . Проверено 24 сентября 2012 года .
^ IStructE Инженер-конструктор Том 77 / № 21, 2 ноября 1999 г. Джеймс Парк - задача реконструкции.
^ The Architects 'Journal Существующие стадионы: Парк Сент-Джеймс, Ньюкасл. 1 июля 2005 г.
^ Стивенс, Джеймс Хэй; Форма самолета , Хатчинсон, 1953. С. 78 и далее.
^ Дэви, MJB; Аэронавтика - Самолеты тяжелее воздуха , Часть I, Исторический обзор, Пересмотренное издание, Музей науки / HMSO, декабрь 1949. с.57.
^ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ монолитный RESONATOR, США Pat.3417249 - Поданный 29 апреля 1966
^ RJ Wilfinger, PH Bardell и DS Chhabra: Резонистор - частотно-селективное устройство, использующее механический резонанс кремниевой подложки, IBM J. 12, 113–118 (1968)
^ PM Kosaka, J. Tamayo, JJ Ruiz, S. Puertas, E. Polo, V. Grazu, JM de la Fuente и M. Calleja: Решение проблемы воспроизводимости микрокантилеверных биосенсоров: статистический подход для чувствительного и специфического определения конечной точки иммунореакции, Analyst 138, 863–872 (2013)
^ AR Salmon, MJ Capener, JJ Baumberg и SR Elliott: Быстрое определение толщины микрокантилевера с помощью оптической интерферометрии, Measurement Science and Technology 25, 015202 (2014)
↑ PC Fletcher, Y. Xu, P. Gopinath, J. Williams, BW Alphenaar, RD Bradshaw, RS Keynton, «Пьезорезистивная геометрия для максимизации чувствительности микрокантилевера», представленная на IEEE Sensors, Лечче, Италия, 2008.
^ Bǎnicǎ, Florinel-Габриэль (2012). Химические сенсоры и биосенсоры: основы и приложения . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons. п. 576. ISBN. 9781118354230.
^ Нойс, Стивен Дж .; Ванфлит, Ричард Р .; Craighead, Гарольд G .; Дэвис, Роберт С. (22 февраля 1999 г.). «Углеродные микрокантилеверы с большой площадью поверхности» . Наноразмерные достижения . 1 (3): 1148–1154. DOI : 10.1039 / C8NA00101D . Проверено 29 мая 2019 .
^ Юэ Чжао, Агниво Госай, Пранав Шротрия: Влияние прикрепления рецептора на чувствительность биосенсора на основе микрокантилевера без этикеток с использованием аптамера малахитового зеленого https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126963

Источники [ править ]

Инглис, Саймон: Футбольные поля Великобритании . CollinsWillow, 1996. стр. 206.
Маду, Марк Дж (2002). Основы микротехнологии . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 0-8493-0826-7.
Рот, Лиланд М (1993). Понимание архитектуры: ее элементы, история и значение . Оксфорд, Великобритания: Westview Press. С. 23–4 . ISBN 0-06-430158-3.
Сарид, Дрор (1994). Сканирующая силовая микроскопия . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-509204-X.

[1] Hool, George A .; Джонсон, Натан Кларк (1920). «Элементы структурной теории - определения» . Справочник по строительству зданий (Google Книги) . т. 1 (1-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл . п. 2 . Проверено 1 октября 2008 . Консольная балка - это балка, один конец которой жестко закреплен, а другой конец - свободен.

[2] "GMI Construction выигрывает контракт на проектирование и строительство на восточной трибуне Элланд Роуд футбольного клуба Лидс Юнайтед на сумму 5,5 млн фунтов стерлингов" . Новости строительства . 6 февраля 1992 . Проверено 24 сентября 2012 года .

[IStructE-3] IStructE Инженер-конструктор Том 77 / № 21, 2 ноября 1999 г. Джеймс Парк - задача реконструкции.

[highbeamdotcom-4] The Architects 'Journal Существующие стадионы: Парк Сент-Джеймс, Ньюкасл. 1 июля 2005 г.

[5] Стивенс, Джеймс Хэй; Форма самолета , Хатчинсон, 1953. С. 78 и далее.

[6] Дэви, MJB; Аэронавтика - Самолеты тяжелее воздуха , Часть I, Исторический обзор, Пересмотренное издание, Музей науки / HMSO, декабрь 1949. с.57.

[7] ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ монолитный RESONATOR, США Pat.3417249 - Поданный 29 апреля 1966

[8] RJ Wilfinger, PH Bardell и DS Chhabra: Резонистор - частотно-селективное устройство, использующее механический резонанс кремниевой подложки, IBM J. 12, 113–118 (1968)

[9] PM Kosaka, J. Tamayo, JJ Ruiz, S. Puertas, E. Polo, V. Grazu, JM de la Fuente и M. Calleja: Решение проблемы воспроизводимости микрокантилеверных биосенсоров: статистический подход для чувствительного и специфического определения конечной точки иммунореакции, Analyst 138, 863–872 (2013)

[10] AR Salmon, MJ Capener, JJ Baumberg и SR Elliott: Быстрое определение толщины микрокантилевера с помощью оптической интерферометрии, Measurement Science and Technology 25, 015202 (2014)

[11] PC Fletcher, Y. Xu, P. Gopinath, J. Williams, BW Alphenaar, RD Bradshaw, RS Keynton, «Пьезорезистивная геометрия для максимизации чувствительности микрокантилевера», представленная на IEEE Sensors, Лечче, Италия, 2008.

[12] Bǎnicǎ, Florinel-Габриэль (2012). Химические сенсоры и биосенсоры: основы и приложения . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons. п. 576. ISBN. 9781118354230.

[Noyce_Vanfleet_Craighead_Davis_1999_pp._1148–1154-13] Нойс, Стивен Дж .; Ванфлит, Ричард Р .; Craighead, Гарольд G .; Дэвис, Роберт С. (22 февраля 1999 г.). «Углеродные микрокантилеверы с большой площадью поверхности» . Наноразмерные достижения . 1 (3): 1148–1154. DOI : 10.1039 / C8NA00101D . Проверено 29 мая 2019 .

[14] Юэ Чжао, Агниво Госай, Пранав Шротрия: Влияние прикрепления рецептора на чувствительность биосенсора на основе микрокантилевера без этикеток с использованием аптамера малахитового зеленого https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126963

[1]