حل كامپیوتری (عددی) رفتار هیسترزیس ستونهای I شكل و ستونهای بست دار

دسته: عمران
بازدید: 94 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 11258 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 186

همانند سازی بین نمونة شماره سه از ستونهای I شكل كه ایجاد مفصل پلاستیك كامل در انتهای تست از آن مشاهده گردید ومقطع معادل ستون بست دار آن كه از لحاظ سطح مقطع ، ممان اینرسی تاریخچة بارگذاری و شرایط نگهداری در هر دو جهت بامقطع ناودانی كاملاً همسان است انجام شد به نظر می رسد مقطع با ستون بست دار هم از لحاظ باربرری و شكل پذیری از مقطع I شكل معادل ضعیف ت

قیمت فایل فقط 7,900 تومان

حل كامپیوتری (عددی) رفتار  هیسترزیس ستونهای I شكل و ستونهای بست دار

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                         صفحه

فصل اول

خلاصه

مقدمه

رفتار خمیری ( پلاستیك)

1-1- مقدمه     

1-2- آزمایشهای مبنائی

1-2-1- آزمایش كشش

1-2-2- نمودار تنش حقیقی- كرنش حقیقی

1-2-4- اثرات نرخ كرنش و دما

1-2-5- اثر فشار هیدرواستاتیك عدم قابلیت تراكم

1-2-6- فرضی نمودن نمودارهای تنش و كرنش مدلهای

 دینامیكی و سینماتیكی

1-2-7- معادلات فرضی برای منحنی‌های تنش و كرنش

1-3- معیار برای تسلیم

1-3-1-مقدمه

 1-3-2- مثالهائی از معیارهای تسلیم.

1-3-3- سطح تسلیم - فضای تنش‌ها یك وسترگارد

1-3-4- پارامتر تنش لود – اثبات عملی معیارهای تسلیم

1-3-5- سطوح تسلیم ثانوی- بارگزاری و باربرداری

فصل دوم

خلاصه ای از نرم افزار ABAQUS

2-2- آشنایی با نرم افزار ABAQUS

2-2-1-مقدمه:

2-2-3- Abaqus/ CAE

2-2-4- ایجاد یك مدل آنالیز ساده

2-2-5- بررسی انواع مسائل غیر خطی در نرم افزار ABAQUS

2-2-6- تحلیل غیرخطی در ABAQUS

فصل سوم

رفتار هیسترزیس ستونهایI  شكل

3-1-اصول فلسفه طراحی لرزاه ای

3-1-1- مقدمه:

3-1-2- تحقیقات قبلی بر روی تیر ستونهای فولادی

3-1-3- مشخصه هائی که بر شكل پذیری تیر ستون موثرند

3-2- طراحی ستونهای نمونه:

3-2-1-توصیفات عمومی

ا3-2-2- شکل پذیری مورد نیاز در ستونها

3-2-3- مقادیر که توسط گروه تحقیقاتی NZNSEE پیشنهاد میگردد

3-2-4- محدودیت لاغری بال و جان که بوسیله NZNSEE پیشنهاد میگردد.

3-2-5- محدودیت لاغری بال و جان که توسط LRFD،AISC پیشنهاد میگردد.

3-2-6- جزئیات مقاطع ستونها

3-3- فرآیند آزمایش

3-3-1 نیرو و تغییر مکان

3-3-2- آزمایش ستونها

3-4- مشاهدات آزمایشگاهی و نتایج تجربی

3-4-1-مقدمه

3-4-2- مشاهدات پژوهش

3-4-3- عملکرد ستون نمونه اول

3-4-4-عملکرد ستون دوم

3-4-5- عملکرد ستون شماره سوم

3-4-6- عملکرد ستون شماره چهارم

3-4-7- عملکرد ستون شماره پنجم

3-4-8- عملکرد ستون ششم

3-4-9- عملکرد ستون هفتم

3-5- بحث در مورد نتایج آزمایشگاهی

3-5-1- جنبه های مباحثه در مورد نمونه های آزمایشگاهی و نتایج آنها

فصل چهارم

رفتارهیسترزیس ستون بست دار

4-1 تیرستونهای مشبک تحت بارهای متناوب

4-1-1 مقدمه

 4-1-2 نمونه های آزمایش

4-1-3 عضو مشبک بست دار مرسوم

 4-1-4 ستونهای مشبك با مقطع های دوبل ناودانی اصلاح شده

 4-1-6 ستاپ آزمایش و تاریخچه بارگذاری

4-1-7 تاریخچه بارگذاری به صورت تعییرمکان

 4-2 رفتار کلی نمونه ها

4-2-1 نمونه DC1C

4-2-2 نمونه DC1M

 4-2-3 نمونه DC2M

4-2-4 نمونه DC1MB

4-2-5 نمونه DC2MB

4-3 نتایج آزمایش

4-3-1 پاسخ نیروی جانبی – تغییر مکان جانبی

4-4- مقایسه رفتار هیسترزیس نمونه ستون I شكل سوم با ستون بست دار معادل آن

فصل پنجم

نتیجه گیری

خلاصه

هفت نمونه ستون I شكل و سه نمونه ستون مشبك با بست موازی در آزمایشگاه تحت بارهای فشاری و تغییر مكان جانبی قرار گرفته كه نتایج بصورت عكس و دیاگرام نیرو - تغییر مكان  (منحنی های هیسترزیس) موجود است. سپس با علم به نتایج آزمایشگاهی هفت ستون I شكل با همانند سازی شرایط آزمایش اعم از تكیه‌گاهها، نوع مواد و بارگذاری و اتصال اجزاء تشكیل دهنده آنها با كمك از نرم افزار المان محدود ABAQUS نتایج مطلوبی بدست آمد و نتایج آن نیز بصورت دیاگرام نیرو تغییر مكان (منحنی‌های هیسترزیس) قابل مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به تصویر كشیده شده است .

همچنین همانند سازی بین نمونة شماره سه از ستونهای I شكل كه ایجاد مفصل پلاستیك كامل در انتهای تست از آن مشاهده گردید ومقطع معادل ستون بست دار آن كه از لحاظ سطح مقطع ، ممان اینرسی تاریخچة بارگذاری و شرایط نگهداری در هر دو جهت بامقطع ناودانی كاملاً همسان است انجام شد به نظر می رسد مقطع با ستون بست دار هم از لحاظ باربرری و شكل پذیری از مقطع I شكل معادل ضعیف تر است.

رفتار هیسترزیس نسبت به لاغری جان از لاغری بال حساس تر بوده و افزایش ضخامت جان رفتار هیسترزیس بهتری به ما ارائه می دهد.

یك

مقدمه

دو

نظر به اینكه اقتصادی بودن هر پروژه، ركن اساسی طرح بوده لذا مهندسین محاسب و طراح در محاسبات سازه‌ها و دستگاه‌های مكانیكی به بحث و تحلیل مسائل در حالت خمیری (پلاستیك) می‌پردازند و همچنین در سازه‌ها با توجه به بارهای رفت و برگشتی زلزله سازه ها باید بتوانند انرژی زیادی هدر دهند (جذب كنند) یا به عبارت دیگر باید سازه ها شكل پذیر باشند تا در اثر بارگذاری دینامیكی ، سازه گسیخته نشود. به نظر می رسد كه این دو مهم بدون استفاده از كامپیوتر تقریباً غیرممكن است با توجه به نوع ساختار وسایل مكانیكی می توان پس از ساخت آنها را تحت تست آزمایشگاهی قرار داد ولی در مورد سازه ها این مطلب كاملاً صادق نیست لذا نرم‌افزارهای معتبر می توانند پیش بینی قابل قبولی به ما بدهند هدف این پروژه تطبیق نتایج آزمایشگاهی با نتایج نرم افزار به روش المان های محدود و مقایسه رفتار هیسترزیس ستونهای با مقطع I شكل و ستونهای بست دار معادل است. اینگونه به نظر می رسد كه ساخت اجرای ستونهای بست دار نسبت به ستون با مقطع I شكل اقتصادی است . ولی با توجه به مقایسة میزان جذب انرژی ستون‌های I شكل و بست دار كه از مطالعة رفتار هیسترزیس این دو نوع ستون فولادی به دست می‌آید می توان از زاویة دیگری بر اقتصادی بودن مقاطع بست دار هنگام زلزله نگاه كرد.

فصل اول

رفتار خمیری ( پلاستیك)

1-1- مقدمه

علم مربوط به مطالعه و بحث و تحقیق درباره خاصیت خمیری اجسام (پلاستیسیته) را می‌توان بدو قسمت متمایز از یكدیگر بترتیب زیر تقسیم كرد:

1-   حالتی كه كرنشهای خمیری در حدود یا نزدیك كرنشهای ارتجاعی میباشد و بهمین علت میگویند كه جسم در حالت ارتجاعی خمیری یا الاستوپلاستیك قرار دارد.

2-   حالتی كرنشهای خمیری با مقایسه كرنشهای ارتجاعی خیلی بزرگ بوده و در نتیجه میتوان از گرنشهای ارتجاعی در مقابل كرنشهای خمیری صرفنظر كرد.

حالت اول بیشتر برای مهندسین محاسب و طراح در انجام محاسبات ساختمانهای فلزی و سازه‌ها، موشكها، ماشنیها، دستگاههای مكانیكی و نظایر آنها بكار میرود و بحث و تجزیه و تحلیل مسائل مربوط بحالت ارتجاعی خمیری بدون استفاده از كامپیوتر امكان‌پذیر نیست و از سالهای 1960 ببعد شروع به حل این مسائل با استفاده از كامپیوتر گردید.

حالت دوم بطور كلی برای مهندسین تولید جهت طرح ماشینها و دستگاههای نورد، كشیدن سیمها و حدیده‌كاری، چكش‌كاری، تزریق فلزات، فرم دادن قطعات و ایجاد تغییر شكل دائمی در آنها قابل استفاده است.

تاریخ علم حالت خمیری از سال 1864 كه ترسكا  (TRESCA)  نتایج کارهای خودش را درباره سنبه زنی و حدیده كاری و تزریق منتشر كرد شروع می‌شود. او در این موقع با آزمایشهائی كه انجام داد مبنای تسلیم را بوسیلة فرمول نشان داد. چند سال بعد با استفاده از نتایج ترسكا، سنت و نانت (SAINT-VENANT) ولوی (LEVY)پایه‌های تئوری جدید حالت خمیری را بیان كردند. برای 75 سال بعدی پیشرفت خیلی كند و ناهموار بود، گر چه كمك مهمی توسط فن میسز و هنکی (HENCKY) ، پراند تل (PRANDTL )و سایرین شد، تقریباً فقط از سال 1945 بود كه نظریة یك شكلی پدیدار گشت. از آن موقع كوششهای متمركزی بوسیله بسیاری از پژوهندگان انجام گرفت كه با سرعت زیادی به پیش میرود. خلاصة تاریخچة پژوهشگران بوسیلة هیل (HILL) و وسترگارد (WESTERGAARD) بنحو شایسته‌ای بیان شده است.

نظریه‌های خمیری به دو دسته تقسیم میشوند: نظریه‌های فیزیكی و نظریه‌های ریاضی. نظریه‌های فیزیكی در پی آنستكه علت جاری شدن خمیری فلزات را در یابد. وقتیكه مصالح از نقطة نظر میكروسكپی دیده شود، كوشش این است كه معلوم گردد برسراتمها- كریستالها و دانه‌های مصالحی كه در حالت جریان خمیری می‌باشد چه می‌آید. نظریه‌های ریاضی از طرف دیگردر طبیعت بصورت حادثة منطقی به موضوع توجه كرده سعی میكند كه آنرا فرمول بندی نموده و در حالت بزرگ و مرئی بشكل قابل استفاده در آورد بدون اینكه بطور عمیق به مبناهای فیزیكی توجه داشته باشد. امید احتمالی البته این است كه بالاخره‌ ایندو  نظریه یكی شده و حالت و وضع مصالح را در حالت خمیری تعیین نموده و مبنائی برای استفاده هر عملی به مهندسین بدهد. در این بخش  بیشتر روی فرضیه‌های ریاضی اقدام شده است طوریكه این فرضیه‌ها از نوع فیزیكی كاملاً متمایز است. فرضیه‌های فیزیكی توسط فیزیكدانها مخصوص فیزیكدانهای حالت جامد مورد بحث و مطالعه واقع می‌شود.

بحث دربارة حالت جریان خمیری در فلزات بصورت زیر از طریق درك مستقیم انجام می‌شود: هرگاه نواری از فولاد در نظر گرفته شود كه یك طرف آن درگیره‌ای ثابت شده و بطرف دیگرش نیروی خمشی وارد آید، طرف آزاد خم میگردد. اگر مقدار نیروی وارده زیاد نباشد وقتی نیرو برداشته شود انتهای آزاد نوار بحالت اولیه برگشت خواهد یافت طوریكه هیچگونه تغییر شكل محسوس در نوار باقی نمی‌ماند. هرگاه نیروی وارد به انتهای آزاد بزرگ باشد پس از برداشت نیرو دیگر جسم بحالت اول بر نمی‌گردد ومقداری از تغییر شكل در آن بطور دائم خواهد ماند و گفته می‌شود كه تغییر شكل خمیری در جسم ایجاد گردیده است. منظور ما این نیست كه معلوم كنیم چرا تغییر شكل خمیری در جسم تولید شده است بلكه می‌خواهیم تعیین كنیم كه از نظر عوامل وارد بجسم مانند تنشها- كرنشها- و بارها چه پدیده‌هائی در جسم بوجود آمده است.

بطور خلاصه، حالت خمیری عبارتست از خاصیت اجسام سخت وقتی كه تحت اثر بارهای خارجی تغییر شكل دائمی در آنها ایجاد شود، حالت ارتجاعی یا الاستیسیته عبارتست از خاصیت جسم سخت كه تغییر شكل حاصله در آنها با برداشتن بار از بین رفته و بشكل اول برگشت پیدا كند. در حقیقت تعریف اجسام ارتجاعی كاملاً تصوری می‌باشد زیرا اجسام طبیعی پس از برداشت نیروهای وارده كم و پیش مقداری از تغییر شكل را در خود نگه‌میدارد و لو میزان نیروی موثر آنها كم باشد.

برای چنین اجسام ارتجاعی مقدار تغییر شكل تولید شده بقدری كم است كه در اثر بارهای كوچك قابل اندازه‌گیری نیست. بنابراین نظریة پلاستیسیته در حالاتی بكار برده می‌شود كه بارهای وارد جسم بمقداری باشد كه تغییر شكلهای دائمی حاصله در جسم قابل‌ اندازه‌گیری باشد.

 نظریة حالت خمیری اجسام را میتوان به دو قسمت تقسیم كرد. در یك قسمت عملیات تغییر فرم دادن فلزات مانند چكش‌كاری- حدیده‌كاری- تزریق- نورد‌كاری و غیره بررسی می‌شود كه در آنها تغییر شكلهای خمیری (پلاستیكی) به مقدار زیاد مشاهده می‌شود.برای این نوع مسائل می‌توان از كرنشهای ارتجاعی صرف‌نظر كرد و فلز را می‌توان خمیری كامل فرض نمود. در قسمت دیگر دسته‌ای از مسائل قرار می‌گیرد كه مقدار كرنشهای خمیری در مقابل كرنشهای ارتجاعی كوچك است این قسمت یا نوع دوم از كرنشها برای طراحان ماشینها و محاسبان سازه‌ها در درجه اول اهمیت است. با توجه فراوانی كه اخیراً روی تقلیل وزن هواپیما- موشكها- كشتی‌های فضائی و نظایر آنها بكار میرود دیگر طراحان این دستگاهها نمی‌توانند ضرائب اطمینان را در سطح بالا در نظر بگیرند و میباید كه حداكثر نسبت بار به وزن را در محاسبات بدست آورند. این نوع محاسبه مطمئناً در ناحیة پلاستیك انجام خواهد شد. حتی در موارد استعمال سادة صنعتی رقابت شدیدی روی كاربرد مصالح و بازده بالاتر وجود دارد.

1-2- آزمایشهای مبنائی

در این بخش نتایج بعضی آزمایشهای مبنا روی فلزات نشان داده شده است منحنی تنش- كرنش در مورد كشش كه اساس تئوری پلاستیسیته می‌باشد بطور تفصیل آمده است. اثر بارگزاری معكوس- نرخ كرنش، دما و فشار هیدرواستاتیك بطور خلاصه بحث شده است. منحنی‌های تصویری تنش- كرنش و نمونه‌های متعدی از مصالح و عمل آنها در آزمایشها شرح داده شده است.

1-2-1- آزمایش كشش

ساده ترین و عمومی ترین آزمایشها كه مهمترین آنها نیز می‌باشد، آزمایش كشش ساده است. یك نمونة استوانه‌ای شكل كه در شكل 1-1 نشان داده شده است در داخل ماشین قرار داده می‌شود، بار بتدریج اضافه می‌شود، تغییرات میزان بار وارده در مقابل تغییر طول علامت گزارش شده روی نمونه و كم شدن قطر آن یادداشت می‌شود. نوع عمومی نمودار تنش در مقابل كرنش در شكل 2-1 نشان داده شده است.

تنش اسمی كه عبارت از بار وارده بر سطح مقطع اولیة نمونه است در مقابل كرنش قراردادی كه همان كرنش مهندسی نامیده می‌شود رسم شده است. كرنش مهندسی (قراردادی) عبارتست از مقدار اضافه طول تقسیم بر طول اولیه علامت گزاری شده در روی نمونه تنش اسمی را میتوان بوسیلة رابطة زیر نشان داد.

(1-1)                                                                                                           

و كرنش مهندسی (قراردادی) توسط رابطة زیر نشان داده می‌شود:

(2-1)                                                                                            

در شروع ملاحظه می‌شود كه رابطة بین تنش و كرنش خطی است. این قسمت خطی تا نقطة A ادامه می‌یابد كه به حد تناسب معروف است. در این ناحیه است كه تئوری خطی ارتجاعی با استفاده قانون هوك معتبر است.

شکل 1-1- نمونه کششی

با زیاد كردن تنش مقدار كرنش نیز اضافه می‌شود ولی این اضافه كرنش دیگر تابع خطی تنش نیست ولی هنوز جسم دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد یعنی بازای برداشتن بار نمونه بوضع اولیه‌اش برگشت پیدا می‌كند.

با زیاد كردن تنش مقدار كرنش نیز اضافه می‌شود ولی این اضافه كرنش دیگر تابع خطی تنش نیست ولی هنوز جسم دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد یعنی بازای برداشتن بار نمونه بوضع اولیه‌اش برگشت پیدا می‌كند.

شکل 2-1-  نمودار تنش اسمی – کرنش مهندسی

این حالت تا نقطه B ادامه دارد كه به حد ارتجاعی معروف است و گفته می‌شود كه نقطه تسلیم رسیده است. در خیلی از مصالح فاصله بین نقاط A وB كم است. برای منظورهای ما این دو نقطه یکی فرض می‌شوند. ضمناً تعیین محل نقطه‌های AوB  تا میزان زیادی بستگی به دقت و حساسیت دستگاههای اندازه‌گیری دارند. در مورد بعضی از مصالح صنعتی برای تعیین نقطه تسلیم با آن چنان اشكالی برخورد می‌شود كه اجباراً نقطه‌ای را با میزان كرنش معلوم برای تسلیم انتخاب می‌كنند، بعنوان مثال نقطه‌ای را كه دارای 2/0% درصد كرنش است می‌توان انتخاب نمود، تنش چنین نقطه‌ای را تنش تسلیم فرعی و یا تنش تسلیم كرنشی می‌نامند. پس از نقطة حد ارتجاعی در جسم تغییر شكل دائمی بوجود می‌آید كه به تغییر شكلهای خمیری معروف هستند. كرنشهای حاصله در اجسام در حد ارتجاعی بین (001/0 تا 1/0) در صد می‌باشند. وقتی كه بار از حد ارتجاعی بگذرد كرنشها با نرخ زیادتری اضافه می‌شوند. البته تا موقعیكه بار اضافه نشود كرنش اضافه نخواهد شد. این حالت را در جسم سختی كار یا سختی كرنش می‌نامند.

مقدار تنش لازم برای اینكه كرنش خمیری بیشتری در جسم ایجاد شود تنش جریان می نامند. وقتی آزمایش ادامه پیدا كند منحنی بنقطة C كه در آن بارماكزیم مقدار خود را دارد می‌رسد، این نقطه كه به نقطة حداكثر بار یا نقطه عدم تعادل معروف است نمونه به حالت میان باریك در می‌آید و سپس در نقطه D میشكند. پس از نقطه C یك حالت تنش سه محوری وجود دارد. نقطه  C نشان دهندة حد قسمتی از محنی است كه قابل استفاده از نظر تئوری – پلاستیسیته در آزمایش كشش است. مقدار تنش در نقطه  C به مقاومت كششی و یا حد تنش معروف است. هرگاه در هر نقطه‌ای بین حد ارتجاعی B و بارماكزیم C بار وارده بر‌داشته شود منحنی باربرداری موازی با خط نشان دهندة حالت ارتجاعی مانند    B¢C¢ بدست می‌آید، بنابراین مقداری از كرنش در جسم مانده و مقداری برگشت داده می‌شود كه این مقدار اخیر كرنش ارتجاعی در تغییر شكل كلی نامیده می گردد. ملاحظه می‌شود كه كرنش كلی جسم را می‌توان مجموعة دو قسمت  كرنش ارتجاعی و  كرنش خمیری (پلاستیكی) در نظر گرفت، یعنی:

(3-1)                              

اگر مجدداً با روی جسم گزارده شود منحنی B¢C¢ با تغییر كوچكی مجدداً ترسیم می‌شود. در واقع حلقة كوچك پس ماند كرنشی تشكیل می‌شود كه قابل اغماض است. جریان خمیری تقریباً تا نقطه B¢ شروع نمی‌شود. اگر بارگزاری ادامه یابد منحنی B¢C ادامه پیدا می‌كند و چنان ادامه خواهد داشت كه اصلا برداشتن بار اتفاق نیفتاده است. در اینصورت نقطة B¢ عبارت خواهد بود از نقطه تسلیم جدید برای جسمی كه در آن سختی كرنشی بوجود آمده است.

قیمت فایل فقط 7,900 تومان

برچسب ها : حل كامپیوتری (عددی) رفتار هیسترزیس ستونهای I شكل و ستونهای بست دار , طرح توجیهی حل كامپیوتری (عددی) رفتار هیسترزیس ستونهای I شكل و ستونهای بست دار , دانلود حل كامپیوتری (عددی) رفتار هیسترزیس ستونهای I شكل و ستونهای بست دار , عمران , ستونهای I شكل , رفتار خمیری ( پلاستیك) , رفتار هیسترزیس ستونهایI شكل , شکل پذیری مورد نیاز در ستونها , اصول فلسفه طراحی