مقدمه

باتوجه به اینکه توزیع تنش پیچشی درمقاطع منشوري توسط آقاي پوپوف به صورت تئوریک کارشده در این پایان نامه با استفاده از روش هاي نوین نرم افزاري به ویژه المانهاي محدود (Finite element) به بررسی رفتار مقاطع مختلف منشوري در مقابل پیچش پرداخته شده است .درفصل سوم پایان نامه روشهاي متداول حل مسائل پیچشی ازجمله روش تشابه غشائی که روش متداول در حل مسائل پیچش می باشد، بررسی و مقاطع مختلف پس از بررسی به صورت کلی مقایسه گردیده اند.باتوجه به اینکه اکثرمسائل این پایان نامه با استفاده از اعضاء محدود و مدل سازي عددي به ویژه با استفاده از نرم افزا ر(ANSYS) کارشده است فصل چهارم این پایان نامه بررسی اجمالی به مدلسازي در محیط (ANSYS) داشته وکلیاتی راجع به این نرم افزار ارائه میدهد.درفصل پنجم ، با استفاده از نرم افزار (ANSYS) به بررسی مقاطع مختلف متداول پرداخته و نتیجه گیري هاي نهایی اخذشده است.امیداست،باتوجه به اینکه کلیه مدلهاي این پایان نامه با استفاده از روش استاتیکی بررسی شده است درآینده روش دینامیکی این مدلهانیزمورد بررسی قرارگیرد

فهرست مطالب

چکیده  1

مقدمه 2

فصل اول:کلیاتی راجع به روابط عمومی تنش پیچشی

1-1-پیچش در اعضاء مدور و غیر مدور

الف-پیچش در مقاطع دایره اي یا لوله اي:

جهت بدست آوردن روابط لنگر پیچشی و تنش هاي ناشی از آن فرضیاتی در نظر گرفته شده که به شرح ذیل می باشند:

1-مقطع دایره اي یا لوله اي بوده و فرضیات بقدري مناسبند که تا بعد از محدوده رفتار الاستیک ارتجاعیماده کاربرد دارند.

2-پس از اعمال لنگر هاي پیچشی بر یک عضو استوانه اي، مقطع مسطحی که عمود بر محور آن است، بصورت مسطح باقی می ماند اعوجاج نداریم

3-در یک عضو استوانه اي که تحت تأثیر لنگر قرار گرفته است، تغییر شکل هاي برشیy،از محور مرکزي عضو تا سطح جانبی آن بصورت خطی تغییر می کند

1-1-پیچش در اعضاء مدور و غیر مدور 4

1-2-انرژي تغییر شکل در برش و پیچش 18

1-3-پیچش در لوله هاي جدار نازك 20

اعوجاج مقطع توپر مستطیلی

اعوجاج مقطع توپر مستطیلی

فصل دوم:روابط تابع تنش پیچشی درمقاطع متداول

1-2-پیچش میله هاي مستقیم

این مسأله قبلاً نیز مورد بحث قرار گرفته است که اگر ما فرض کنیم مقاطع عرضی برش یافته از میله ها بدون این که هیچ گونه تغییر شکلی حین تاب خوردن پیچشپیدا کنند به پیچش حول محور خود ادامه دهند، می توانیم به حل دقیق مسائل پیچش در مورد میله هاي با مقطع دایره اي نائل آییم.این نظریه، که نخست کولمب آن را بیان کرد، بعدها توسط آقاي ناویه براي میله هاي بدون مقاطع دایره اي نیز بیان شد. فرض فوق که وي به آن رسید، حاوي نتایج گمراه کننده اي نیز هست. براي یک گشتاور مشخص، زاویه پیچش میله با اینرسی لحظه اي محور مرکزي نسبت معکوس دارد ، همچنین ماکزیمم تنش برشی در نقاطی اتفاق می افتد که از محور مرکزي مقطع برش یافته دورترند.بسیار ساده می توان فهمید که فرض فوق با شرایط مرزي در تضاد می باشد. براي مثال میله اي با مقطع مستطیلی شکل در نظر بگیرید. از نظریه Navier چنان برمی آید که در هر نقطه اي مانند Aروي منطقه مرزي تنش برشی باید عمود بر شعاع OA باشد.

2-1-پیچش میله هاي مستقیم 24

2-2-پیچش در مقطع بیضی 31

2-3-راه حل هاي مقدماتی دیگر 36

تنش در شفت های مدور

تنش در شفت های مدور

فصل سوم:روشهای متداول حل مسائل پیچش

1-3-روش تشابه غشایی

در حل مسائل پیچش، آقاي L. prandtlنظریه شباهت غشا یا پوسته را بیان کرد که اثبات آن بسیار با ارزش بود . تصور کنید یک پوسته همگن که از کناره ها نگهداري می شود، همانند میله هاي پیچش یافته، تحت پیچشی در کناره ها و فشاري در لبه ها قرار دارد . اگرqفشار واحد سطح کناره ها باشد، و sپیچش واحد طول محیط مرز پوسته باشد، نیروهاي کششی اي که در اضلاعbc و ad از جزء بی نهایت کوچک abcd وجود دارند، به صورت پیچش هاي بسیار کوچک در سطح پوسته عمل می کنند. برآیند این نیروها داراي جهت روبه بالا خواهد شد.با موقعیتی مشابه پیچش هاي موجود در 2 ضلع دیگر جزء بی نهایت کوچک برآیندي خواهند داشت به صورت و معادلۀ تعادل جزء بی نهایت کوچک برابر خواهد شد…

3-1-روش تشابه غشایی 41

3-1-1-پیچش در میله هایی با مقطع عرضی مستطیلی باریک حالت خاص 43

3-2-پیچش مقاطع مستطیلی حالت عمومی 46

3-3-نتایج کامل تر 51

3-4-راه حل مسئله پیچش به روش انرژي 52

3-5-پیچش درمقاطع به شکل (نبشی ،سپري و…)   58

3-6-پیچش میله هاي توخالی  62

3-7-مدل رفتاري پیچش اعضاي بتن آرمه تحت پیچش خالص  64

توزیع تنش های برشی پلاستیک در مقطع دایره ای توخالی

توزیع تنش های برشی پلاستیک در مقطع دایره ای توخالی

فصل چهارم:معرفی نرم افزار والمان های مورد استفاده درمدلسازی عددی

2-4-رفتار غیر خطی در سازه ها :

زمانی که بارگذاري بر روي سازه به اندازه اي باشد که تنشهاي داخلی ایجاد شده در اجزاي سازه بیش از تنشهاي حد خطی باشد، سازه وارد مرحله غیر خطی مصالح می گردد. در این حالت رابطه بین نیرو و تغییر مکان خطی نبوده و تغییر شکلهاي حاصل با حذف بار وارده از بین نمی رود. در حالت کلی، رفتار غیر خطی در سیستم ها ناشی از عوامل متعددي می باشد. این عوامل را می توان به سه بخش کلی تقسیم بندي نمود:

 تغییر وضعیت در سیستم : بسیاري از رفتارهاي غیر خطی در سازه ها ناشی از تغیر وضعیت المانهاي آنها در شرایط مختلف می باشند . بعنوان مثال یک کابل در شرایطی ممکن است در حالت کشیده قرار گرفته و نیرو تحمل کند و نیز ممکن است در لحظه خواصی در گیر باشد و یا نباشد. بسیاري از موارد رفتار غیر خطی ، در مدل هایی که نقاط تماسی آنها متغیر بوده و یا رفتار فیزیکی آنها وابسته به شرایط محیطی تغییر می کند ، روي می دهد .رفتار غیر خطی با منشا هندسی : در تحلیل ساده مدل ما همواره فرض می گردد که کرنش ها وجابجایی ها تا حدي جزیی است که در عمل ماتریس سختی ( Stiffness Matrix ) مربوط به مدل ، بدون تغییر باقی می ماند اما در بساري از تحلیل هاي کاربردي ، به دلیل وجود تغییر شکل بسیار زیاد المانها و گاه تغییر جهت آنها ، عملاً ماتریس سختی مدل ، تغییر می کند . با اجراي دستورNLGEOM , ON می توان جابجایی ها و تغییر شکل مدل را در محاسبه ماتریس سختی دخیل نمود . این قابلیت در بسیاري از المانها قابل استفاده است . مانند کمانش ستونهاي لاغر و یا مهار بندي ها. به طور کلی می توان گفت هر گاه در جسمی ، تغییر مکان المانها با ابعاد آن قابل مقایسه باشد ، رفتار غیر خطی در آن بروز خواهد نمود .از لحاظ تئوري ، با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل هاي بزرگ ، دقت تحلیل مدل مستقل از میزان تغییر شکل می باشد . اگر چه در عمل به دلیل نحوه تعریف برخی از المانها ، عملاً نمی توان به این دقت دست یافت . به هر حال تنها توصیه موکد این است که به میزان افزایش تغییر شکل در مدل ، می بایست بارگذاري به مراحل کوچکتري تقسیم گردد . طبیعی است در چنین تحلیل هایی ، تنش و کرنش هاي محاسبه شده ، تنش و کرنش هاي حقیقی می باشند . رفتار غیر خطی ناشی از خواص مکانیکی مواد : رابطه غیر خطی بین تنش و کرنش نیز یکی از عوامل بروز رفتار غیر خطی در سیستم ها می باشد . از آنجاییکه این گروه از رفتارهاي غیر خطی تابع عوامل بسیار متعددي نظیر تاریخچه اعمال بار به سیستم Load History شرایط محیطی نظیر دما و … و مقدار بار می باشد معمولاً تحلیل اینگونه مدلها پیچیده تر از سایر مدلهاي غیرخطی می باشد.

4-1-مقدمه 77

4-2-رفتار غیرخطی درسازه ها 77

4-3-تحلیل غیرخطی 79

4-4-کنترل همگرایی درسیستم 81

4-5-روش حل معادلات در برنامهANSYSا 81

4-6-معیارهاي گسیختگی و همگرایی جهت آنالیز 82

4-7-المانهاي منتخب و خصوصیات آنها 85

توزیع تنش های غشایی حبابی درمقطع دایره ای

توزیع تنش های غشایی حبابی درمقطع دایره ای

فصل پنجم:بررسی تمرکز تنش درگوشه مقاطع نبشی وتوزیع تنش درمقاطع مستطیلی،I شکل ولانه زنبوری تحت اثیر لنگر پیچشی

1-5-مقدمه

در این فصل با استفاده از روش اجزاي محدود به بررسی تمرکز تنش در گوشه مقاطع نبشی تحت لنگرهاي پیچشی پرداخته شده است. در این نوع مقاطع بر خلاف، مقاطع مستطیلی شکل و سپري که میزان تنش ماکزیمم در روي وجه بزرگتر می باشد، گوشه مقطع وضعیت بحرانی تري دارد که براي اجتناب از این مساله، با ایجاد گردي در گوشه هاي مقطع حالت مناسبتري ایجاد می کنند. براي بررسی این مطلب مدلهاي متعددي از مقاطع نبشی با استفاده از روش اجزاي محدود ایجاد شده است. ابعاد نبشی ها و شعاع گردي گوشه متغیر بوده و در هر حالت تغییر تنش ماکزییم برشی نسبت به تغییر مشخصات هندسی بررسی شده و نهایتا یک رابطه براي تخمین ضریب تمرکز تنش با استفاده از ضخامت نبشی و شعاع گردي گوشه ارائه شده است.

5-1-مقدمه 89

5-2-مشخصات نیمرخ مورد بررسی 89

5-3-مدل اجزای محدود 89

5-4-شرایط مرزی وبارگذاری مدلها  91

5-5-بررسی توزیع تنش در مقاطع مستطیلی 100

5-6- نتیجه گیري از بررسی توزیع تنش در مقاطع مستطیلی 107

5-7-مقایسه توزیع تنش در مقاطع توپر و توخالی دایروي 108

5-8-نتیجه گیري از بررسی توزیع تنش در مقاطع توپر و توخالی دایروي 112

5-9-بررسی توزیع تنشهاي پیچشی در تیرهايI شکل 113

5-10-بررسی توزیع تنشهاي پیچشی در تیرهاي لانه زنبوري 117

5-11-نتیجه گیري از بررسی توزیع تنشهاي پیچشی در تیرهاي لانه زنبوری 122

5- 12-بررسی توزیع تنشهاي پیچشی در میله هاي غیرمنشوري 124

مجموعه آزمایشی

مجموعه آزمایشی

فصل ششم:نتیجه گیری وپیشنهادات

در این تحقیق، به بررسی توزیع تنشهاي برشی ماکزیمم در مقاطع نبشی پرداخته شده است . براي این منظور با استفاده از روش اجزاي محدود مدل پارامتریک نبشی منشوري شکل ایجاد گردیده و با تغییر ضخامت و شعاع گردي، تاثیر این دو پارامتر در میزان تمرکز تنش این ناحیه در اثر ل نگر پیچشی ثابت پرداخته شده است. بررسی نتایج حاصل از مدلسازي عددي و پردازش اطلاعات حاصل با روش درونیابی عددي نشان داده است که :

– با استفاده از یک رابطه لگاریتمی، میزان ضریب تمرکز تنش بر حسب نسبت شعاع گردي به

ضخامت با دقت بسیار بالایی قابل تخمین می باشد.

– مقایسه نتایج حاصل مدلسازي اجزاي محدود و رابطه پیشنهادي تعیین تنش برشی ماکزیمم

نشان داده است که رابطه پیشنهادي دقت کافی در محاسبه میزان تنش برشی ماکزیمم را دارا می باشد.

– بررسی توزیع تنشهاي برشی نشان می دهد که در اضلاع بزرگتر مستطیل تنشهاي برشی بالاتري وجود دارد که با نزدیک شدن به تکیه گاهها مقدار تنش برشی ماکزییم کم می گردد.

– با استفاده از درونیابی عددي یک رابطه لگاریتمی براي محاسبه ضریبaارائه شده است که با کمک آن می توان میزان تنش برشی ماکزیمم را براي هر مقطع مستطیلی با هر نسبت ابعادي محاسبه کرد.

– در مقاطع دایروي نحوه توزیع تنشها در مقطع در هر دو فرم توخالی و توپر یکسان بوده و با نزدیک شدن به مرکز دایره کاهش می یابد.

تحلیل مدلهاي اجزاي محدود تیرهايI شکل معمولی و لانه زنبوري نشان می دهد که در تیرهاي لانه زنبوري میزان تنش در ناحیه جان تیر بالا بوده و با نزدیک شدن به تکیه گاهها افزایش می یابد. در حالیکه در تیرها I شکل معمولی میزان تنشهاي برشی در بالها بیشتر می باشد.

– توزیع تنشهاي برشی در مقاطع مخروطی نیز در طول عضو ثابت نبوده و با نزدیک شدن به انتهاي باریک شدت تنش افزایش می یابد.

پیشنهادات 126

منابع وماخذ 127

چکیده انگلیسی 129

نمودار تغییر ضریب تمرکز درمحورهای باقطر متفاوت

نمودار تغییر ضریب تمرکز درمحورهای باقطر متفاوت

فهرست اشکال

1-1-توزیع تنشهاي برشی در مقطع توپر دایره اي 4

1-2- توزیع تنشهاي برشی در مقطع دایره اي توخالی  5

1-3-تنش در شفت هاي مدور دایره اي    6

1-4-توزیع تنشهاي برشی پلاستیک در مقطع دایره اي توخالی    7

1-5-نمودار تغییر ضریب تمرکز در محورهاي با قطر متفاوت 7

1-6-اعوجاج مقطع توپر مستطیلی 8

1-7-نحوه توزیع تنش برشی در یک عضو مکعب مستطیلی متأثر از لنگرپیچشی 8

1-8-تنش برشی نشان داده شده در این شکل نمی تواند وجود داشته باشد 8

1-9-توزیع تنشهاي غشایی حبابی در مقطع دایره اي 12

1-10-توزیع تنشهاي پیچشی در مقاطع مستطیلی 13

1-11-دستگاه پیچش سنج 15

1-12-منحنی هاي همتنش در مقطع سپري 17

1-13- فرایند تشبیه غشایی 17

1-14-مقاطع جدار نازك قابل تشبیه توسط فرایند غشایی 18

1-15-نحوه تغییر شکل برشی در مقاطع دایره اي 19

1-16-جریان برش در یک مقطع جدار نازك بسته 20

1-17-پارامترهاي ضخامت و شعاع 21

2-1-تنش برشی در مقطع مستطیلی 24

2-2-تغییر شکل المان هاي میله مستطیلی تحت برش 25

2-3-برآیند تنش هاي برشی در مرزهاي میله ها تقریباً بر مرزها مماس است 27

2-4-جهت هاي قراردادي کوپلهاي پیچشی 30

2-5-توزیع تنشهاي پیچشی در مقاطع بیضی  31

2-6-توزیع تنشهاي برشی در داخل مقطع مثلثی 34

2-7-دسته منحنی هاي جواب    37

2-8-معادله مرزي مقطع عرضی 38

3-1-سطح پیچش پوسته 42

3-2-توزیع تنش از روش خطی 45

3-3-گوشه هایی از مقطع عرضی میله اي 45

3-4-غشاي مستطیلی که بصورت یکنواخت بارگذاري 46

3-5-مقطع عرضی یک قطاعی از دایره 51

3-6-مرزهاي مقطع عرضی 57

3-7-مقاطع نبشی و سپري وIشکل 59

3-8-مقطع نبشی 60

3-9-ضریب تمرکز تنش در گوشه هاي نبشی 62

3-10-مقطع ترك خورده تحت کوپل پیچش   67

3-11-تغییرات تنش خمشی در ضخامت 69

3-12-منحنی ایده ال شده تنش-کرنش 70

3-13-جزئیات نمونه هاي آزمایشی 71

3-14-مجموعه آزمایشی 73

4-1-رفتار پیچش-دوران نمونه ها 74

4-2-حل مستقیم در مقایسه با روش نیوتن رافسون 79

4-3-گامهاي یک بارگذاري 80

4-4-نمودار تنش  کرنش مختلف 83

4-5-سطوح تسلیم رفتارهاي مختلف 84

4-6-شکل کلی و گره هاي المان 85

5-1-مشبندي اجزاي محدود مدل نبشی 90

5-2-مشبندي اجزاي محدود مدل در گوشه و ضخامت   90

5-3-اعمال شرایط مرزي و لنگر پیچشی 91

5-4-توزیع تنشها برشی در نمونه1Tا    92

5-5-توزیع تنشها برشی در نمونه2Tا 92

5-6-توزیع تنشها برشی در نمونه3Tا     93

5-7-توزیع تنشها برشی در نمونه4Tا 93

5-8-توزیع تنشها برشی در نمونه5Tا 94

5-9-توزیع تنشها برشی در نمونه6Tا  94

5-10- توزیع تنشها برشی در نمونه7Tا   95

5-11- توزیع تنشها برشی در نمونه8Tا   95

5-12- توزیع تنشها برشی در نمونه9Tا  96

5-13- توزیع تنشها برشی در نمونه10Tا   96

5-14- توزیع تنشها برشی در نمونه11Tا   97

5-15- توزیع تنشها برشی در نمونه12Tا   97

5-16- توزیع تنشها برشی در نمونه13Tا  98

5-17- تحلیل نتایج حاصل از مدلسازي اجزاي محدود  99

5-18-ترسیم مقادیر a درمقابل نسبت b/cا     101

5-19-تغییرشکل نمونه1 REC تحت ممان پیچشی بزرگنمایی10        102

5-20- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 1 RECا    102

5-21- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 2 RECا     103

5-22- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 3 RECا     103

5-23- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 4 RECا      104

5-24- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 5 RECا      105

5-25- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 6 RECا     105

5-26- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 7 RECا    105

5-27- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 8 RECا    106

5-28- توزیع تنشهاي برشی در نمونه 9 RECا    106

5-29- مدل اجزاي محدود نمونه میله اي     108

5-30- نحوه اعمال بار بر نمونه میله اي  109

5-31- توزیع تنشهاي برشی در طول میله     109

5-32- توزیع تنشهاي برشی در مقطع میله  110

5-33- مدل اجزاي محدود نمونه توخالی با ضخامت 1 سانتی متر       110

5-34- توزیع تنشهاي برشی در طول میله          111

5-35- توزیع تنشهاي برشی در طول میله با ضخامت 5 میلی متر       111

5-36- توزیع تنشهاي برشی در طول میله با ضخامت 3 میلی متر         112

5-37- مدل اجزاي محدود تیرI شکل با 14136المان     113

5-38- مدل اجزاي محدود تیر     114

5-39- شرایط مرزي و بارگذاري تیر       114

5-40- توزیع تنشهاي وون-میزز در تیر     115

5-41- توزیع تنشهاي برشی در صفحهXZا  115

5-42- توزیع تنشهاي برشی در صفحهYZا       116

5-43- مدل اجزاي محدود تیر لانه زنبوري       117

5-44- مدل اجزاي محدود تیر لانه زنبوري   117

5-45- شرایط تکیه گاهی و بارهاي اعمالی تیر لانه زنبوري   118

5-46- توزیع تنشهاي وون-میزز    118

5-47- توزیع تنشهايXZا   119

5-48- شرایط تکیه گاهی و بارهاي اعمالی تیر لانه زنبوري2.5mا    120

5-49- توزیع تنشهاي برشیXZ تحت کوپل پیچشی 21kNmا          120

5-50- توزیع تنشهاي برشیXY تحت کوپل پیچشی 21kNmا       121

5-51- توزیع تنشهاي وون-میزز تحت کوپل پیچشی 21kNmا       121

5-52-مدل اجزای محدود میله غیر منشوری     122

5-53-شرایط مرزی وباراعمالی برمیله غیرمنشوری         123

5-54- توزیع تنشهاي وون میزز در بدنه میله غیر منشوري       123


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید