مقدمه

باتوجه به اینکه توزیع تنش پیچشی درمقاطع منشوری توسط آقای پوپوف به صورت تئوریک کارشده در این پایان نامه با استفاده از روش های نوین نرم افزاری به ویژه المانهای محدود (Finite element) به بررسی رفتار مقاطع مختلف منشوری در مقابل پیچش پرداخته شده است .درفصل سوم پایان نامه روشهای 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 سازی عددی به ویژه با استفاده از نرم افزا ر(ANSYS) کارشده است فصل چهارم این پایان نامه بررسی اجمالی به مدلسازی 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 گیری های نهایی اخذشده است.امیداست،باتوجه به اینکه کلیه مدلهای 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 ای یا لوله ای:

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

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

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

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

1-1-پیچش در اعضاء مدور و غیر مدور 4

1-2-انرژی تغییر شکل در برش و پیچش 18

1-3-پیچش در لوله های جدار نازک 20

اعوجاج مقطع توپر مستطیلی

اعوجاج مقطع توپر مستطیلی

فصل دوم:روابط تابع تنش پیچشی درمقاطع متداول

1-2-پیچش میله های 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 های با مقطع دایره ای نائل آییم.این نظریه، که نخست کولمب آن را بیان کرد، بعدها توسط آقای ناویه برای میله های بدون مقاطع دایره ای نیز بیان شد. فرض فوق که وی به آن رسید، حاوی نتایج گمراه کننده ای نیز هست. برای یک گشتاور مشخص، زاویه پیچش میله با اینرسی لحظه ای محور مرکزی نسبت معکوس دارد ، همچنین ماکزیمم تنش برشی در نقاطی اتفاق می افتد که از محور مرکزی مقطع برش یافته دورترند.بسیار ساده می توان فهمید که فرض فوق با شرایط مرزی در تضاد می باشد. برای مثال میله ای با مقطع مستطیلی شکل در نظر بگیرید. از نظریه Navier چنان برمی آید که در هر نقطه ای مانند Aروی منطقه مرزی تنش برشی باید عمود بر شعاع OA باشد.

2-1-پیچش میله های مستقیم 24

2-2-پیچش در مقطع بیضی 31

2-3-راه حل های 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، آقای 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 نگهداری می شود، همانند میله های پیچش یافته، تحت پیچشی در کناره ها و فشاری در لبه ها قرار دارد . اگرqفشار واحد سطح کناره ها باشد، و sپیچش واحد طول محیط مرز پوسته باشد، نیروهای کششی ای که در اضلاعbc و ad از جزء بی نهایت کوچک abcd وجود دارند، به صورت پیچش های بسیار کوچک در سطح پوسته عمل می کنند. برآیند این نیروها دارای جهت روبه بالا خواهد شد.با موقعیتی مشابه پیچش های موجود در 2 ضلع دیگر جزء بی نهایت کوچک برآیندی 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 انرژی 52

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

3-6-پیچش میله های توخالی  62

3-7-مدل رفتاری پیچش اعضای 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 بارگذاری بر روی سازه به اندازه ای باشد که تنشهای داخلی ایجاد شده در اجزای سازه بیش از تنشهای حد خطی باشد، سازه وارد مرحله غیر خطی مصالح می گردد. در این حالت رابطه بین نیرو و تغییر مکان خطی نبوده و تغییر شکلهای حاصل با حذف بار وارده از بین نمی رود. در حالت کلی، رفتار غیر خطی در سیستم ها ناشی از عوامل متعددی می باشد. این عوامل را می توان به سه بخش کلی تقسیم بندی نمود:

 تغییر وضعیت در سیستم : بسیاری از رفتارهای غیر خطی در سازه ها ناشی از تغیر وضعیت المانهای 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. بسیاری 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 ، روی می دهد .رفتار غیر خطی با منشا هندسی : در تحلیل ساده مدل ما همواره فرض می گردد که کرنش ها وجابجایی ها تا حدی جزیی است که در عمل ماتریس سختی ( Stiffness Matrix ) مربوط به مدل ، بدون تغییر باقی می ماند اما در بساری از تحلیل های کاربردی ، به دلیل وجود تغییر شکل بسیار زیاد المانها و گاه تغییر جهت آنها ، عملاً ماتریس سختی مدل ، تغییر می کند . با اجرای دستورNLGEOM , ON می توان جابجایی ها و تغییر شکل مدل را در محاسبه ماتریس سختی دخیل نمود . این قابلیت در بسیاری از المانها قابل استفاده است . مانند کمانش ستونهای لاغر و یا مهار بندی 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 تئوری ، با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل های 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 بارگذاری به مراحل کوچکتری تقسیم گردد . طبیعی است در چنین تحلیل هایی ، تنش و کرنش های محاسبه شده ، تنش و کرنش های 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 رفتارهای غیر خطی تابع عوامل بسیار متعددی 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 مدلهای 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-معیارهای گسیختگی و همگرایی جهت آنالیز 82

4-7-المانهای 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 اجزای محدود به بررسی تمرکز تنش در گوشه مقاطع نبشی تحت لنگرهای پیچشی پرداخته شده است. در این نوع مقاطع بر خلاف، مقاطع مستطیلی شکل و سپری که میزان تنش ماکزیمم در روی وجه بزرگتر می باشد، گوشه مقطع وضعیت بحرانی تری دارد که برای اجتناب از این مساله، با ایجاد گردی در گوشه های مقطع حالت مناسبتری ایجاد می کنند. برای بررسی این مطلب مدلهای متعددی از مقاطع نبشی با استفاده از روش اجزای محدود ایجاد شده است. ابعاد نبشی ها و شعاع گردی گوشه متغیر بوده و در هر حالت تغییر تنش ماکزییم برشی نسبت به تغییر مشخصات هندسی بررسی شده و نهایتا یک رابطه برای تخمین ضریب تمرکز تنش با استفاده از ضخامت نبشی و شعاع گردی 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 گیری از بررسی توزیع تنش در مقاطع مستطیلی 107

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

5-8-نتیجه گیری از بررسی توزیع تنش در مقاطع توپر و توخالی دایروی 112

5-9-بررسی توزیع تنشهای پیچشی در تیرهایI شکل 113

5-10-بررسی توزیع تنشهای پیچشی در تیرهای لانه زنبوری 117

5-11-نتیجه گیری از بررسی توزیع تنشهای پیچشی در تیرهای لانه زنبوری 122

5- 12-بررسی توزیع تنشهای پیچشی در میله های غیرمنشوری 124

مجموعه آزمایشی

مجموعه آزمایشی

فصل ششم:نتیجه گیری وپیشنهادات

در این تحقیق، به بررسی توزیع تنشهای برشی ماکزیمم در مقاطع نبشی پرداخته شده است . برای این منظور با استفاده از روش اجزای محدود مدل پارامتریک نبشی منشوری شکل ایجاد گردیده و با تغییر ضخامت و شعاع گردی، تاثیر این دو پارامتر در میزان تمرکز تنش این ناحیه در اثر ل نگر پیچشی ثابت پرداخته شده است. بررسی نتایج حاصل از مدلسازی عددی و پردازش اطلاعات حاصل با روش درونیابی عددی نشان داده است که :

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

ضخامت با دقت بسیار بالایی قابل تخمین می باشد.

– مقایسه نتایج حاصل مدلسازی اجزای محدود و رابطه پیشنهادی تعیین تنش برشی ماکزیمم

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

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

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

– در مقاطع دایروی 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 مدلهای اجزای محدود تیرهایI شکل معمولی و لانه زنبوری نشان می دهد که در تیرهای لانه زنبوری 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 تنشهای برشی در بالها بیشتر می باشد.

– توزیع تنشهای برشی در مقاطع مخروطی نیز در طول عضو ثابت نبوده و با نزدیک شدن به انتهای 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 تنشهای برشی در مقطع توپر دایره ای 4

1-2- توزیع تنشهای برشی در مقطع دایره ای توخالی  5

1-3-تنش در شفت های مدور دایره ای    6

1-4-توزیع تنشهای برشی پلاستیک در مقطع دایره ای توخالی    7

1-5-نمودار تغییر ضریب تمرکز در محورهای 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 تنشهای غشایی حبابی در مقطع دایره ای 12

1-10-توزیع تنشهای پیچشی در مقاطع مستطیلی 13

1-11-دستگاه پیچش سنج 15

1-12-منحنی های همتنش در مقطع سپری 17

1-13- فرایند تشبیه غشایی 17

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

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

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

1-17-پارامترهای ضخامت و شعاع 21

2-1-تنش برشی در مقطع مستطیلی 24

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

2-3-برآیند تنش های برشی در مرزهای میله ها تقریباً بر مرزها مماس است 27

2-4-جهت های قراردادی کوپلهای پیچشی 30

2-5-توزیع تنشهای پیچشی در مقاطع بیضی  31

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

2-7-دسته منحنی های جواب    37

2-8-معادله مرزی 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 ای 45

3-4-غشای مستطیلی که بصورت یکنواخت بارگذاری 46

3-5-مقطع عرضی یک قطاعی از دایره 51

3-6-مرزهای مقطع عرضی 57

3-7-مقاطع نبشی و سپری وIشکل 59

3-8-مقطع نبشی 60

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

3-10-مقطع ترک 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 های 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-گامهای یک بارگذاری 80

4-4-نمودار تنش  کرنش مختلف 83

4-5-سطوح تسلیم رفتارهای مختلف 84

4-6-شکل کلی و گره های المان 85

5-1-مشبندی اجزای محدود مدل نبشی 90

5-2-مشبندی اجزای محدود مدل در گوشه و ضخامت   90

5-3-اعمال شرایط مرزی 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 مدلسازی اجزای 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 تنشهای برشی در نمونه 1 RECا    102

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

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

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

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

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

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

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

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

5-29- مدل اجزای محدود نمونه میله ای     108

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

5-31- توزیع تنشهای برشی در طول میله     109

5-32- توزیع تنشهای برشی در مقطع میله  110

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

5-34- توزیع تنشهای برشی در طول میله          111

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

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

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

5-38- مدل اجزای محدود تیر     114

5-39- شرایط مرزی و بارگذاری تیر       114

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

5-41- توزیع تنشهای برشی در صفحهXZا  115

5-42- توزیع تنشهای برشی در صفحهYZا       116

5-43- مدل اجزای محدود تیر لانه زنبوری       117

5-44- مدل اجزای محدود تیر لانه زنبوری   117

5-45- شرایط تکیه گاهی و بارهای اعمالی تیر لانه زنبوری   118

5-46- توزیع تنشهای وون-میزز    118

5-47- توزیع تنشهایXZا   119

5-48- شرایط تکیه گاهی و بارهای اعمالی تیر لانه زنبوری2.5mا    120

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

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

5-51- توزیع تنشهای 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 تنشهای وون میزز در بدنه میله غیر منشوری       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