دسته: علوم
پایه
بازدید:
3 بار
فرمت فایل:
docحجم فایل:
6817 کیلوبایتتعداد صفحات فایل:
175
پایان نامه تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل
هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار در CATIA 175 صفحه ورد
قابل ویرایش
قیمت فایل فقط 19,000 تومان
پایان نامه تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش
با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار در CATIA
175 صفحه ورد قابل ویرایش
مقدّمه :
در15ژانویه1919، در خیابان تجاری بوستون واقعه ای وحشتناک
رخ داد. مخزن بزرگی با27 متر قطر و حدود 15 متر ارتفاع، ناگهان
شکست و بیش از 5/7 میلیون لیتر شیره قند در خیابان ریخت .
ناگهان قسمت بالای مخزن به هوا و پهلوها به دو طرف پرتاب
شدند. ساختمانی در آن نزدیکی، که کارمندانش در حال صرف نهار
بودند، فرو ریخت و چند نفر مدفون شدند و قسمتی از مخزن به ایستگاه
آتش نشانی برخورد کرد و تعدادی آتش نشان کشته و مجروح
شدند.
به هنگام فروریختن، قسمتی از مخزن به یکی از ستونهای
ساختمان بلند شرکت راه آهن بوستون اصابت کرد. این ستون کاملا قطع
شد… و ساختمان از حالت قائم خارج و چند فوت نشست کرد… . بر
اثر غرق شدن در شیره قند، یا خفگی، و یا در اثر برخورد با آوار
دوازده نفر جان باختند، بیش از 40 نفر مجروح شدند. تعداد زیادی
اسب که در آن ساختمان می زیستند غرق شدند، وبقیه را نیز بر اثر
شدت جراحات مجبور بودند بکشند.
شکست مخزن شیره قند شناخت وقایعی را که به شکست زودرس قطعات
مهندسی منجر می شوند، الزامی می کند. گاهی سایر سازه ها نیز به
همین سرنوشت دچار می شوند. برای مثال، در بلژیک، کانادا، اتریش و
ایالات متحده آمریکا در طی پنجاه سال گذشته چندین پل فرو ریخت ،
علاوه بر آن تا به حال در تعداد بسیاری کشتی باری شکست رخ داده
است. از مطالعات بعدی نتیجه گیری شده است که این شکستها، که به دو
قسمت شدن کشتی منجر می شود، ناشی از تمرکز تنشها در قسمت بالای
کشتی و امکان پذیر بودن عبور ترک از قسمت جوش است،جوشهایی که
صفحات فولادی دا به همدیگر وصل می کند همچنین نواقص جوشکاری و
کیفیت نامطلوب فولاد به فرآیند شکست کمک می کند. اخیرا تعداد
زیادی شکست در کشتیهای حامل نفت رخ داده است که به آلودگی سواحل و
محلهای غنی از ماهی منجر شده است.
جالب است بدانیم که مسیر شکست در کشتیهای باری شبیه به مسیر
شکست در کشتی مسافربری تایتانیک است که در سال 1912 با کوه یخ
برخورد و غرق شد، درنتیجه باعث مرگ 1500 مسافر و خدمه کشتی شد.
بقایای این کشتی را ابتدا در سال 1985 دکتر رابرت بالارد(Robert
Ballard) و همکارانش در عمق 6/3 کیلومتری از سطح اقیانوس اطلس کشف
کردند. گاردز و همکارانش حدس زدند که غرق شدن کشتی تایتانیک ناشی
از شکست ترد ساختار فولادی است که در اثر برخورد با کوه یخ در
شمال اقیانوس اطلس رخ داده است. گانن گزارش کرده است آزمون شکست
شارپی که روی یک قطعه از بدنه کشتی در˚-1C انجام شده،
تقریباً برابر با دمای آب در لحظه وقوع فاجعه بوده، و تأیید کرد
که بدنه کشتی از فولاد ترد ساخته شده است. این فولاد ترد به وجود
درصد گوگرد زیاد و یا به دمای زیاد دگرگونی ترد-نرم مرتبط شده
است. به علاوه، لبه های قطعاتی که پیدا شده بود… ناصاف، و
تقریبأ خرد شده بود و بر روی خود فلز نشانه ای از خمش
نبود.
تصاویری را که گروه تحقیق بالارد از اجزای بدنه کشتی
تایتانیک گرفتند، مارشال بررسی و نظریه شکست ترد فلز را، که باعث
غرق شدن آن بود تأیید کرد. «قطعات شبیه به قسمتهای ترک خوردة
پوستة تخم مرغ است و به نظر می رسد که شکست بدون توجه به بستها و
مرزهای صفحات گسترش یافته است» عقیده بر این است که جداشدن نهایی
قسمت جلو و عقب کشتی به روش زیر رخ داده است:
وقتی قسمت جلوی کشتی به کوه یخ برخورد می کند به زیر آب می
رود، بنابر این قسمت عقب کشتی به سمت بالای آب می آید. قسمت معلق
عقب کشتی ماکزیمم ممان خمشی را به وسط کشتی اعمال می کند و کشتی
را دونیم می کند، این کار روی یا نزدیک به عرشه بالای کشتی، که
تنش خمشی از نوع کششی است، رخ داده است. در نتیجه، کمانه کردن
قسمت جلو کشتی نزدیک به قسمت پائین به وضوح دیده می شود، این
علائم نشان دهندة وجود تنشهای خمشی فشاری نزدیک به کف کشتی
است.
با توجه به حوادث ناگوار توأم با هزینه های جانی و مالی، پر
واضح است که شناخت پدیده تمرکز تنش و راههای پیشگیری و تعدیل آن
امری ضروری و اجتناب ناپذیر می باشد.
فصل اول
1-تمرکز تنش
(1)تمرکز تنش
:
درمعادلات اصلی مقاومت مصالح برای محاسبه المان های
ساده یک سازه و یا عضوی از یک ماشین بیشتر روابط با فرض اینکه،
توزیع تنش در جسم یکنواخت است، به دست آمده و در نتیجه فرم ریاضی
ساده ای داشتند. برای مثال در یک میله تحت کشش، با فرض یکنواخت
بودن تنش در مقطع، تنش کششی به صورت ساده خواهد بود.
در عمل حالت های زیادی وجود دارد که فرض توزیع تنش یکنواخت
همراه با خطا خواهد بود. از جمله این موارد می توان حالت های زیر
را نام برد؛
(a) تغییر ناگهانی در مقطع،
مثل: تغییر قطر یک محور، جای خار در یک محور، سوراخ در یک ورق
کششی، انتهای دنده های یک پیچ، انتهای دنده یک چرخ دنده؛
(b) بار خارجی موضعی، مثل: بار
فشاری در سطح کوچکی از یک جسم، بار در محل تکیه گاه یک تیر، نیروی
بین چرخ لکوموتیو و ریل، بار در محل تماس دنده های دو چرخ
دنده؛
(c) ناپیوستگی در جنس جسم،
مثل: حفره های هوا در بتون، گره ها در یک تیر چوبی، وجود اجسام
غیرفلزی در فولاد، تغییر مقاومت یا سفتی المان هایی که یک قطعه از
آنها ساخته شده است؛
(d) تنش های اولیه در یک قطعه در
اثر: سردکاری، عملیات حرارتی، جازدن، تنش های پس ماند در عملیات
جوشکاری ؛
(e) شکاف در یک قطعه، که
ممکن است در موقع ساخت در اثر: سردکاری، جوشکاری، سنگ زدن و یا
علل دیگر در آن ایجاد شده باشد.
عواملی که باعث می شود تنش ها بیشتر از مقادیر محاسبه شده
در مقاومت مصالح شوند، عوامل ازدیاد تنش، نامیده می شوند. در اثر
این عوامل تنش در محلی بیشترین، مقدار خودرا داراست، و این مقدار
را تنش اوج ، نامند. در ضمن در مسائل ذکر شده برای نشان دادن
چگونگی ازدیاد تنش، عبارت نرخ تنش به کار می رود .
در بیشتر موارد تنش های موضعی در محدوده کمی از جسم ایجاد
می شوند در نتیجه این تنش ها را تنش های موضعی، نامیده و یا به
طور ساده اصطلاح «تمرکز تنش» را در آن به کار می برند. در مواردی
که تنش در محدوده بسیار کوچکی عمل می کند، به دست آوردن روابط
تئوری برای آن بسیار مشکل است. به هر حال، تئوری الاستیسیته، برای
برخی موارد نتایج مفیدی به دست می دهد. در سایر موارد روش های
آزمایشی برای برآورد تمرکز تنش کاربرددارند. از جمله روش های
آزمایشی می توان؛ فوتوالاستیسیته، استفاده از کرنش سنج ها، تشابه
غشائی، تشابه جریان مایع، پوشش تردو غیره را نام برد.
2 – 3 – 2 : ساخت مدل
:
بخش دوم در کاربرد روش های عددی را این قسممت تشکیل می دهد
. در اینبخش نظریه ارائه شده بایستی با هنر شخص سازنده مدل و با
در نظرگرفتن کلیه محدودیت ها ونقاط ضعف و قوت تبدیل به روابط ساده
قابل درک به وسیله رایانه گردد . اساس این کار این است که تا حد
امکان از مسیرهای غیر لازم خودداری وبه طور همه جانبه ومنظم و
متناسب با مراحل محاسبات در ماشین های حسابگر روابط به صورت سلسله
وار مرتب گردند .
تاکنون تحقیقات وسیعی در این زمینه در سطح دنیا انجام گرفته
است . هنر ساخت مدل نیز در استفاده از تئوری های موجود و ارتباط
آنها با یکدیگر و شناخت و استخراج میزان خطا در استفاده از حل
عددی در این زمینه حائز اهمیت می باشد .
3 – 3
– 2 : الگوی محاسبات :
در این مرحله هدف تنظیم روابط در قالب برنامه ای است تا
امکان تحلیل به کمک رایانه فراهم آید . شرایط و ضوابط بسیاری را
در اجرای این مرحله می توان نام برد .اما اساس کار آن استکه زمان
حل توسط رایانه به حداقل رسیده و نیز حداقل فضای رایانه در حین
تحلیل اشغال گردد . از طرف دیگر بخش های مختلف برنامه دارای
استقلال نسبی بوده به طوری که با حذف یک قسمت خللی در کار بخش های
دیگر به وجود نیاید .
جهت اجرای این قسمت ابتدا با تعیین حد و مرزهای طرح شناخت
دقیق پهنه مربوط به قسمت های مناسب در عملکرد تئوری تجزیه گردیده
و برنامه رایانه ای برای یک نقطه یا یک جزء تهیه و در صورت موجود
بودن آن همسازی آن با سایر قسمتها حاصل گشته و با ارتباط اجزاء و
همساز نمودن سراسری آنها برنامه کلی ساخته می شود . در اجرای این
بخش شناخت دقیق قابلیتها و محدودیت های رایانه از ضرورتی خاص
برخوردار است.
بر اساس توضیحات ارائه شده دامنه برقراری نظریه پایه را می
توان محیطی پیوسته ومحدود بین مرزهای حدی مختلف منظور نمود . در
ابتدا لازم است این محیط به اجزای فرضی وقابل توجیه و با هندسه ای
ساده و شناخته شده تقسیم گردد . معادلات حاکمه بر محیط ( چه در
زمینه رفتار فیزیکی یا مکانیکی یک عامل متغیر و چه به صورت
تغییرفتار اجتماعی سیاسی یک جریان سیاسی و… ) در پهنه هر جزء
بایستی ارضاءگردند . به این ترتیب مراحل اجرای کار عبارت است از :
ارضاء معادلات بین شرایط حدی ابتدایی تا انتهایی با ترتیبی خاص از
پهنه اولین گروه اجزاءاز آغاز تا به این صورت شرایط حدی جدیدی در
مرزهای اجزاء همسایه (بعدی ) حاصل گردیده تا در ارضاء کامل
معادلات اشاره شده در پهنه اجزاء بعدی و بعدی به کار گرفته شوند .
لذا معادلات ناشی از نظریه پایه به همین ترتیب در سراسر محیط
ارضاء گردیده و شرایط حدی اولیه را به نسبت شرایط پذیرش و ارضاء
معادلات حاکم با سایر شرایط حدی در کرانه های دیگر مربوط وهمساز
می سازد . شکل 1-2
به این ترتیب می توان با در دست داشتن اطلاعات مورد نیاز در شرایط
حدی اولیه با کاربرد گسترده تئوری حاکم اطلاعات مجهول در شرایط
حدی دیگر را به دست آورد . برای مثال با در دست داشتن شرایط حدی
اولیه و مدل حاکم به مجهولاتی چه در اطلاعات میانی وچه در شرایط
حدی انتهایی هر جا در پهنه محیط دست یافت .
در برخی مسائل دیگر با داشتن شرایط حدی انتهایی و ابتدایی
می توان چگونگی تغییرات شاخص های اصلی در دامنه میانی را به دست
آورد .
در نوع دیگری از مسائل می توان با تعریف شرایط انتهایی به
صورتی که مدنظر است و استفاده از مدل حاکم بر رفتار در پهنه محیط
و اطلاعات موجود در دامنه میانی محیط شرایط لازم در حد مرزی اولیه
را جهت مهیا نمودن مشخص نموده تا با القاء آنها شرایط انتهایی
مطلوب را به دست آورد .
1 – 4
– 2 : ارکان روش اجزاء
محدود
بنیاد روش اجزاء محدود از مفاهیمی ساده بهره می گیرد که می
توان آن را در قالب دو رکن مهم مورد بررسی قرار داد :
اول آن که هر سازه به تعدادی اجزاء کوچک تر تقسیم می گردد
که در آن بیشترین اهمیت به مقدار تغییر شکلها داده شده است . به
گونه ای که کوچکی این مقادیر خطر وجود خطاها را از بین می برد .به
این ترتیب حل مساله منجر به بدست آوردن تعدادی اعداد که شامل
تغییرات مربوط به هر پهنه جزء است خواهد گردید . این نحوه تغییر
شکل تقریبی می تواند به صورت هر تابع دلخواه نظیر چند جمله ای
ساده و یا حتی مثلثاتی وغیره معرفی گردد .
دوم آنکه آثار ذکر شده با انتگرال گیری جمع پذیری داشته
باشند . یا به عبارتی اطلاعات اجزای محدود طوری روی هم گذارده شود
تا تغییر شکلها و نیروهای حاصله در مجموع هم نوع بودن خود را در
داخل و خارج محل تلاقی اجزاء حفظ نمایند . در این صورت با ارضاء
شرایط تعادل قطعات نسبت به یکدیگر و در شرایط اعمال بارهای وارده
و شرایط مناسب مرزی رسیدن به پاسخ صحیح امکان پذیر خواهد بود
.
نخستین رکن نحوه تقسیم سازه به اجزاء است که از اهمیتی خاص
برخوردار بوده و دقت آن وابسته به انتخاب صحیح شکل جزء وخصوصیات و
شرایط اتصال و شرایط اولیه آن است . جهت کنترل و تطبیق این بخش با
شرایط تطبیقی سازه حتی روش های عددی دیگری مانند اجزاء از یک طرف
نامحدود و یا اجزاء با اتصالات ویژه و … در کاربرد جدید روش
اجزاء محدود متداول شده است . بخش کنترل این قسمت اطلاعات کامل
وحاصل از داده های اولیه را کنترل نموده و خطاهای احتمالی و
نادرست را در ابتدای کار مشخص می نمایید .
دومین رکن شامل ارتباط اجزاء و اجتماع اطلاعات مربوط به
قطعات بر روی یکدیگر و حل کامل سازه می باشد .
در این رابطه گاه دیده می شود که در اثر عدم تکمیل داده های
موجود درجات آزادی افزایش یافته و با ناپایداری مجموعه مسئله فاقد
جواب می گردد و یا گاهی تغییر شکل های بیش از حد در موارد به کار
رفته به عمل آمده که در نهایت ادامه محاسبات متوقف می گردد . در
این حال لزوم تغییرات مشخصی در شرایط ضروری خواهد بود .
گفتنی ست که دو قسمت فوق را می توان در دو بخش جداگانه
انجام داده و با کنترل تقریبها در مقادیر عوامل موثر و سرشکن کردن
خطاها افزایش دقت جواب نهایی را ممکن ساخت .
فرآیندهای مدل سازی و پردازش نتایج
(5-1)-اعتبار و دقت مدل:
یک تحلیل اجزای محدود فقط در صورتی حل صحیح تولید می کند که
مدل آن معتبر و دقیق باشد. اعتبار، به این بستگی دارد که مسئله
فیزیکی تا چه میزان وفادارانه در کامپیوتر بیان شده است، در حالی
که دقت به میزان نزدیکی مدل به همگرا شدن بستگی دارد. واضح است که
جواب فقط به سمت حل بیان کامپیوتری مسئله همگرا خواهد شد. مثلاً،
با استفاده از یک مدل کرنش صفحه ای، کار بر یک راه حل تقریبی دو
بعدی و نه مسئله اصلی سه بعدی را خواهد یافت. اگر اجزاء به درستی
فرمول بندی شوند، آنگاه با افزایش چگالی شبکه و درنتیجه کاهش
اندازه اجزاء، حل باید به جواب دقیق همگرا شود. شرایط لازم برای
همگرایی، کامل بودن و پیوستگی توابع میانیابی، می باشد. هنگامی که
همگرایی در نظر گرفته می شود فقط تعداد اجزاء نیستند که اهمیت
دارند. طرح بندی اجزاء و اعوجاج آنها هر دو به میزان چشمگیری شدت
همگرایی را تحت تأثیر قرار می دهند که در ادامه به تفصیل بررسی
خواهد شد.
(5-2)-اعتبارمدل:
هنگام مدل کردن یک مسئله پیچیده، در یک یا چند مورد از
موارد زیر تقریب زنی می بایست صورت پذیرد:
الف-هندسه
ب-خواص مواد
ج-شرایط بارگذاری
د-شرایط قیدی
قیمت فایل فقط 19,000 تومان
برچسب ها :
بررسی و تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی
به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA ,
پایان نامه تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل
هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار در CATIA ,
مقاله تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به
روش المان محدود توسط نرم افزار در CATIA ,
پروژه تحلیل روشهای کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به
روش المان محدود توسط نرم افزار در CATIA ,
تحقیق تحلیل روشهای کاهش ضریب
دسته: 
دسته: