پاﻳان نامه برای درﻳافت درجه کارشناسی ارشد(M.Sc.)
گراﻳﺶ سازه
خلاصه
هفت نمونه ستون I شکل و سه نمونه ستون مشبک با بست موازی در آزمایشگاه تحت بارهای فشاری و تغییر مکان جانبی قرار گرفته که نتایج بصورت عکس و دیاگرام نیرو - تغییر مکان (منحنی های هیسترزیس) موجود است. سپس با علم به نتایج آزمایشگاهی هفت ستون I شکل با همانند سازی شرایط آزمایش اعم از تکیه‌گاهها، نوع مواد و بارگذاری و اتصال اجزاء تشکیل دهنده آنها با کمک از نرم افزار المان محدود ABAQUS نتایج مطلوبی بدست آمد و نتایج آن نیز بصورت دیاگرام نیرو تغییر مکان (منحنی‌های هیسترزیس) قابل مقایسه با نتایج آزمایشگاهی به تصویر کشیده شده است .
همچنین همانند سازی بین نمونه شماره سه از ستونهای I شکل که ایجاد مفصل پلاستیک کامل در انتهای تست از آن مشاهده گردید ومقطع معادل ستون بست دار آن که از لحاظ سطح مقطع ، ممان اینرسی تاریخچه بارگذاری و شرایط نگهداری در هر دو جهت بامقطع ناودانی کاملاً همسان است انجام شد به نظر می رسد مقطع با ستون بست دار هم از لحاظ باربرری و شکل پذیری از مقطع I شکل 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.
مقدمه
فصل اول
رفتار خمیری( پلاستیک)
-1- مقدمه
علم مربوط به مطالعه و بحث و تحقیق درباره خاصیت خمیری اجسام (پلاستیسیته) را میتوان بدو قسمت متمایز از یکدیگر بترتیب زیر تقسیم کرد:
حالتی که کرنشهای خمیری در حدود یا نزدیک کرنشهای ارتجاعی میباشد و بهمین علت میگویند که جسم در حالت ارتجاعی خمیری یا الاستوپلاستیک قرار دارد.
حالتی کرنشهای خمیری با مقایسه کرنشهای ارتجاعی خیلی بزرگ بوده و در نتیجه میتوان از گرنشهای ارتجاعی در مقابل کرنشهای خمیری صرفنظر کرد.
حالت اول بیشتر برای مهندسین محاسب و طراح در انجام محاسبات ساختمانهای فلزی و سازه‌ها، موشکها، ماشنیها، دستگاههای مکانیکی و نظایر آنها بکار میرود و بحث و تجزیه و تحلیل مسائل مربوط بحالت ارتجاعی خمیری بدون استفاده از کامپیوتر امکان‌پذیر نیست و از سالهای 1960 ببعد شروع به حل این مسائل با استفاده از کامپیوتر گردید.
حالت دوم بطور کلی برای مهندسین تولید جهت طرح ماشینها و دستگاههای نورد، کشیدن سیمها و حدیده‌کاری، چکش‌کاری، تزریق فلزات، فرم دادن قطعات و ایجاد تغییر شکل دائمی در آنها قابل استفاده است.
تاریخ علم حالت خمیری از سال 1864 که ترسکا (TRESCA) نتایج کارهای خودش را درباره سنبه زنی و حدیده کاری و تزریق منتشر کرد شروع می‌شود. او در این موقع با آزمایشهائی که انجام داد مبنای تسلیم را بوسیله فرمول نشان داد. چند سال بعد با استفاده از نتایج ترسکا، سنت و نانت (SAINT-VENANT) ولوی (LEVY)پایه‌های تئوری جدید حالت خمیری را بیان کردند. برای 75 سال بعدی پیشرفت خیلی کند و ناهموار بود، گر چه کمک مهمی توسط فن میسز و هنکی (HENCKY) ، پراند تل (PRANDTL )و سایرین شد، تقریباً فقط از سال 1945 بود که نظریه یک شکلی پدیدار گشت. از آن موقع کوششهای متمرکزی بوسیله بسیاری از پژوهندگان انجام گرفت که با سرعت زیادی به پیش میرود. خلاصه تاریخچه پژوهشگران بوسیله هیل (HILL) و وسترگارد (WESTERGAARD) بنحو شایسته‌ای بیان شده است.
نظریه‌های خمیری به دو دسته تقسیم میشوند: نظریه‌های فیزیکی و نظریه‌های ریاضی. نظریه‌های فیزیکی در پی آنستکه علت جاری شدن خمیری فلزات را در یابد. وقتیکه مصالح از نقطه نظر میکروسکپی دیده شود، کوشش این است که معلوم گردد برسراتمها- کریستالها و دانه‌های مصالحی که در حالت جریان خمیری میباشد چه می‌آید. نظریه‌های ریاضی از طرف دیگردر طبیعت بصورت حادثه منطقی به موضوع توجه کرده سعی میکند که آنرا فرمول بندی نموده و در حالت بزرگ و مرئی بشکل قابل استفاده در آورد بدون اینکه بطور عمیق به مبناهای فیزیکی توجه داشته باشد. امید احتمالی البته این است که بالاخره ایندو نظریه یکی 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 طوریکه این فرضیه‌ها از نوع فیزیکی کاملاً متمایز است. فرضیه‌های فیزیکی توسط فیزیکدان ها مخصوص فیزیکدان های حالت جامد مورد بحث و مطالعه واقع می‌شود.
بحث درباره حالت جریان خمیری در فلزات بصورت زیر از طریق درک مستقیم انجام می‌شود: هرگاه نواری از فولاد در نظر گرفته شود که یک 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 طوریکه هیچگونه تغییر شکل 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 شکل در آن بطور دائم خواهد ماند و گفته می‌شود که تغییر شکل خمیری در جسم ایجاد گردیده است. منظور ما این نیست که معلوم کنیم چرا تغییر شکل خمیری در جسم تولید شده است بلکه می‌خواهیم تعیین کنیم که از نظر عوامل وارد بجسم مانند تنشها- کرنشها- و بارها چه پدیده‌هائی در جسم بوجود آمده است.
بطور خلاصه، حالت خمیری عبارتست از خاصیت اجسام سخت وقتی که تحت اثر بارهای خارجی تغییر شکل دائمی در آنها ایجاد شود، حالت ارتجاعی یا الاستیسیته عبارتست از خاصیت جسم سخت که تغییر شکل حاصله در آنها با برداشتن بار از بین رفته و بشکل اول برگشت پیدا کند. در حقیقت تعریف اجسام ارتجاعی کاملاً تصوری میباشد زیرا اجسام طبیعی پس از برداشت نیروهای وارده کم و پیش مقداری از تغییر شکل را در خود نگه‌میدارد و لو میزان نیروی موثر آنها کم باشد.
برای چنین اجسام ارتجاعی مقدار تغییر شکل تولید شده بقدری کم است که در اثر بارهای کوچک قابل اندازه‌گیری نیست. بنابراین نظریه پلاستیسیته در حالاتی بکار برده می‌شود که بارهای وارد جسم بمقداری باشد که تغییر شکلهای دائمی حاصله در جسم قابل اندازه‌گیری باشد.
نظریه حالت خمیری اجسام را میتوان به دو قسمت تقسیم کرد. در یک قسمت عملیات تغییر فرم دادن فلزات مانند چکش‌کاری- حدیده‌کاری- تزریق- نورد‌کاری و غیره بررسی می‌شود که در آنها تغییر شکلهای خمیری (پلاستیکی) به مقدار زیاد مشاهده می‌شود.برای این نوع مسائل میتوان از کرنشهای ارتجاعی صرفنظر کرد و فلز را میتوان خمیری کامل فرض نمود. در قسمت دیگر دسته‌ای از مسائل قرار می‌گیرد که مقدار کرنشهای خمیری در مقابل کرنشهای ارتجاعی کوچک است این قسمت یا نوع دوم از کرنشها برای طراحان ماشینها و محاسبان سازه‌ها در درجه اول اهمیت است. با توجه فراوانی که اخیراً روی تقلیل وزن هواپیما- موشکها- کشتی‌های فضائی و نظایر آنها بکار میرود دیگر طراحان این دستگاهها نمی‌توانند ضرائب اطمینان را در سطح بالا در نظر بگیرند و میباید که حداکثر نسبت بار به وزن را در محاسبات بدست آورند. این نوع محاسبه مطمئناً در ناحیه پلاستیک انجام خواهد شد. حتی در موارد استعمال ساده صنعتی رقابت شدیدی روی کاربرد 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- کرنش در مورد کشش که اساس تئوری پلاستیسیته میباشد بطور تفصیل آمده است. اثر بارگزاری معکوس- نرخ کرنش، دما و فشار هیدرواستاتیک بطور خلاصه بحث شده است. منحنی‌های تصویری تنش- کرنش و نمونه‌های متعدی از مصالح و عمل آنها در آزمایشها شرح داده شده است.
دو
نظر به اینکه اقتصادی بودن هر پروژه، رکن اساسی طرح بوده لذا مهندسین محاسب و طراح در محاسبات سازه‌ها و دستگاههای مکانیکی به بحث و تحلیل مسائل در حالت خمیری (پلاستیک) می‌پردازند و همچنین در سازه‌ها با توجه به بارهای رفت و برگشتی زلزله سازه ها باید بتوانند انرژی زیادی هدر دهند (جذب کنند) یا به عبارت دیگر باید سازه ها شکل پذیر باشند تا در اثر بارگذاری دینامیکی ، سازه گسیخته نشود. به نظر می رسد که این دو مهم بدون استفاده از کامپیوتر تقریباً غیرممکن است با توجه به نوع ساختار وسایل مکانیکی می توان پس از ساخت آنها را تحت تست آزمایشگاهی قرار داد ولی در مورد سازه ها این مطلب کاملاً 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 شکل و ستونهای بست دار معادل است. اینگونه به نظر می رسد که ساخت اجرای ستونهای بست دار نسبت به ستون با مقطع I شکل اقتصادی است . ولی با توجه به مقایسه میزان جذب انرژی ستونهای I شکل و بست دار که از مطالعه رفتار هیسترزیس این دو نوع ستون فولادی به دست می‌آید می توان از زاویه دیگری بر اقتصادی بودن مقاطع بست دار هنگام زلزله نگاه کرد.