梁撓度計算器
計算常見集中載重梁配置的最大撓度、彎矩與彎曲應力。
計算梁的反應
使用一致的 SI 單位輸入,計算簡支梁跨中載重或懸臂梁端部載重。
關於梁撓度計算器
梁撓度是結構構件受橫向載重而彎曲時產生的位移。本計算器處理兩種基本理想化情況:跨中承受集中載重的簡支梁,以及自由端承受集中載重的懸臂梁。兩種情況皆提供最大彈性撓度、最大彎矩及名義彎曲應力。這些工況適合學習、初步尺寸選擇,以及詳細分析前的手算核對。
簡支梁承受跨中集中載重時,最大撓度等於載重乘以長度的三次方,再除以四十八乘以彈性模數乘以斷面慣性矩。最大彎矩等於載重乘以長度再除以四。懸臂梁承受端部集中載重時,最大撓度等於載重乘以長度的三次方,再除以三乘以彈性模數乘以斷面慣性矩;最大彎矩則等於載重乘以長度。名義彎曲應力等於最大彎矩除以斷面模數。
輸入採一致的 SI 單位制:N、m、Pa、m⁴ 與 m³。顯示的撓度換算為 mm,彎矩維持 N·m,應力換算為 MPa。彈性模數描述材料勁度。斷面慣性矩描述斷面相對於彎曲軸的勁度,斷面模數則連結彎矩與最外緣纖維應力。應優先使用製造商表格或經確認的斷面性質計算,而非粗略估值。
這些封閉形式公式假設梁為直線等斷面構件、撓度很小、材料呈線彈性、支承理想,且靜態集中載重作用於指定位置。公式不計自重、分布載重、側向扭轉挫屈、剪切變形、接合柔度、孔洞、缺口、複合行為、振動、疲勞及載重組合。實際設計還需考量強度折減係數、使用性限值、穩定性檢核及適用建築標準。本計算器僅供教學與初步分析。若梁失效可能造成財產損失或人員受傷,應由具執業資格的結構專業人員確認。
梁撓度範例
範例採用一致的 SI 斷面性質與理想集中載重。
| 梁與載重 | 反應 | 配置 |
|---|---|---|
| 簡支梁:P 1000 N,L 4 m,E 200 GPa,I 8e-6 m4 | 撓度 0.833 mm;彎矩 1000 N m | 集中載重作用於跨中。 |
| 懸臂梁:P 500 N,L 2 m,E 70 GPa,I 2e-6 m4 | 撓度 9.524 mm;彎矩 1000 N m | 集中載重作用於自由端。 |
| 簡支梁:P 2000 N,L 3 m,E 200 GPa,I 6e-6 m4 | 撓度 0.938 mm;彎矩 1500 N m | 理想跨中載重工況。 |
如何計算梁撓度
- 選擇符合理想化梁的支承與集中載重配置。
- 輸入載重與跨度,單位分別為 N 和 m。
- 依顯示的 SI 單位輸入彈性模數、斷面慣性矩及斷面模數。
- 選取「計算撓度」,將結果與適用的強度及使用性限值比較。
梁撓度計算器常見問題
支援哪些載重位置?
簡支梁工況在跨中施加一個集中載重,懸臂梁工況則在自由端施加。其他位置或分布載重需使用不同公式。
什麼是斷面慣性矩?
斷面慣性矩衡量斷面材料相對於彎曲軸的分布。在材料、載重與跨度相同時,此值越大,彈性撓度通常越小。
什麼是斷面模數?
斷面模數等於斷面慣性矩除以中性軸至最外緣纖維的距離。彎矩除以斷面模數,即為最外緣纖維的名義彎曲應力。
為什麼梁長的影響這麼大?
這些集中載重工況的彈性撓度與跨度的三次方成正比。其他性質不變時,長度加倍可使撓度變成八倍。
此結果可用來核准結構梁嗎?
不行。此簡化結果未涵蓋所有載重、極限狀態、接合或法規要求。涉及安全的結構設計須由合格工程師確認。