پايان نامه تحليل روشهاي كاهش ضريب تمركز تنش با تغييرات شكل هندسي به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA

در 175 صفحه ورد قابل ويرايش  

مقدّمه :

در15ژانويه1919، در خيابان تجاري بوستون واقعه اي وحشتناك رخ داد. مخزن بزرگي با27 متر قطر و حدود 15 متر ارتفاع، ناگهان شكست و بيش از 5/7 ميليون ليتر شيره قند در خيابان ريخت .

ناگهان قسمت بالاي مخزن به هوا و پهلوها به دو طرف پرتاب شدند. ساختماني در آن نزديكي، كه كارمندانش در حال صرف نهار بودند، فرو ريخت و چند نفر مدفون شدند و قسمتي از مخزن به ايستگاه آتش نشاني برخورد كرد و تعدادي آتش نشان كشته و مجروح شدند.

به هنگام فروريختن، قسمتي از مخزن به يكي از ستونهاي ساختمان بلند شركت راه آهن بوستون اصابت كرد. اين ستون كاملا قطع شد... و ساختمان از حالت قائم خارج و چند فوت نشست كرد... . بر اثر غرق شدن در شيره قند، يا خفگي، و يا در اثر برخورد با آوار دوازده نفر جان باختند، بيش از 40 نفر مجروح شدند. تعداد زيادي اسب كه در آن ساختمان مي زيستند غرق شدند، وبقيه را نيز بر اثر شدت جراحات مجبور بودند بكشند.

شكست مخزن شيره قند شناخت وقايعي را كه به شكست زودرس قطعات مهندسي منجر مي شوند، الزامي مي كند. گاهي ساير سازه ها نيز به همين سرنوشت دچار مي شوند. براي مثال، در بلژيك، كانادا، اتريش و ايالات متحده آمريكا در طي پنجاه سال گذشته چندين پل فرو ريخت ، علاوه بر آن تا به حال در تعداد بسياري كشتي باري شكست رخ داده است. از مطالعات بعدي نتيجه گيري شده است كه اين شكستها، كه به دو قسمت شدن كشتي منجر مي شود، ناشي از تمركز تنشها در قسمت بالاي كشتي و امكان پذير بودن عبور ترك از قسمت جوش است،جوشهايي كه صفحات فولادي دا به همديگر وصل مي كند همچنين نواقص جوشكاري و كيفيت نامطلوب فولاد به فرآيند شكست كمك مي كند. اخيرا تعداد زيادي شكست در كشتيهاي حامل نفت رخ داده است كه به آلودگي سواحل و محلهاي غني از ماهي منجر شده است.

جالب است بدانيم كه مسير شكست در كشتيهاي باري شبيه به مسير شكست در كشتي مسافربري تايتانيك است كه در سال 1912 با كوه يخ برخورد و غرق شد، درنتيجه باعث مرگ 1500 مسافر و خدمه كشتي شد. بقاياي اين كشتي را ابتدا در سال 1985 دكتر رابرت بالارد(Robert Ballard) و همكارانش در عمق 6/3 كيلومتري از سطح اقيانوس اطلس كشف كردند. گاردز و همكارانش حدس زدند كه غرق شدن كشتي تايتانيك ناشي از شكست ترد ساختار فولادي است كه در اثر برخورد با كوه يخ در شمال اقيانوس اطلس رخ داده است. گانن گزارش كرده است آزمون شكست شارپي  كه روي يك قطعه از بدنه كشتي در˚-1C انجام شده، تقريباً برابر با دماي آب در لحظه وقوع فاجعه بوده، و تأييد كرد كه بدنه كشتي از فولاد ترد ساخته شده است. اين فولاد ترد به وجود درصد گوگرد زياد و يا به دماي زياد دگرگوني ترد-نرم مرتبط شده است. به علاوه، لبه هاي قطعاتي كه پيدا شده بود... ناصاف، و تقريبأ خرد شده بود و بر روي خود فلز نشانه اي از خمش نبود.

تصاويري را كه گروه تحقيق بالارد از اجزاي بدنه كشتي تايتانيك گرفتند، مارشال بررسي و نظريه شكست ترد فلز را، كه باعث غرق شدن آن بود تأييد كرد. «قطعات شبيه به قسمتهاي ترك خوردة پوستة تخم مرغ است و به نظر مي رسد كه شكست بدون توجه به بستها و مرزهاي صفحات گسترش يافته است» عقيده بر اين است كه جداشدن نهايي قسمت جلو و عقب كشتي به روش زير رخ داده است:

وقتي قسمت جلوي كشتي به كوه يخ برخورد مي كند به زير آب مي رود، بنابر اين قسمت عقب كشتي به سمت بالاي آب مي آيد. قسمت معلق عقب كشتي ماكزيمم ممان خمشي را به وسط كشتي اعمال مي كند و كشتي را دونيم مي كند، اين كار روي يا نزديك به عرشه بالاي كشتي، كه تنش خمشي از نوع كششي است، رخ داده است. در نتيجه، كمانه كردن قسمت جلو كشتي نزديك به قسمت پائين به وضوح ديده مي شود، اين علائم نشان دهندة وجود تنشهاي خمشي فشاري نزديك به كف كشتي است.

با توجه به حوادث ناگوار توأم با هزينه هاي جاني و مالي، پر واضح است كه شناخت پديده تمركز تنش و راههاي پيشگيري و تعديل آن امري ضروري و اجتناب ناپذير مي باشد. 

عنوان                                                                             صفحه

مقدمه : ...................................................................................................................................  1

فصل اول : تمركز تنش

1- تمركز تنش  ..................................................................................................................  4

1-1- ضريب تمركز تنش  ...............................................................................................  5

(1-1-1) – تئوري الاستيسته ........................................................................................  7

(2-1-1) - روش فتو الاستيسته ..................................................................................  11

(3-1-1) – روش كرنش نسبح ....................................................................................  14

(4-1-1) – روش تشابه الكتريكي ...............................................................................  16

(5-1-1) – روش غشاء الاستيك  ...............................................................................  17

2-1- روشهاي كاهش ضريب تمركز تنش ................................................................  17

 فصل دوم : معرفي روش اجزاي محدود   

1-2- مقدمه .......................................................................................................................  23

2-2- تاريخچه ....................................................................................................................  23

3-2- ساختار روشهاي عددي ........................................................................................  25

1-4- 2- اركان روش اجزاي محدود ...........................................................................  28

2-4-2- روش تحليل ......................................................................................................  29

فصل سوم : گسسته سازي مسئله 

3-1 – مقدمه  ...................................................................................................................  34

3-2 – تقريبات هندسي  ...............................................................................................  34

3-3 – ساده سازي از طريق تقارن ..............................................................................  36

3-4 – شكل و رفتار اجزاي اساسي ............................................................................  38

3- 5 – انتخاب نوع جزء ................................................................................................  40

3- 6- اندازه و تعداد اجزا ...............................................................................................  44

3-7– شكل و اعوجاج اجزا ............................................................................................  47

3-8– محل گره ها ...........................................................................................................  49

3-9- شماره گزاري گره ها و اجزا  .............................................................................  50

3-10- جمع بندي ..........................................................................................................  55

فصل چهارم : توابع ميانيابي و اجزاي ساده

4-1- مقدمه  ......................................................................................................................  56

4-2- اجزاي ساده مركب و چند تايي  .......................................................................  59

4-3- چند جمله اي ها  .................................................................................................  61

4-4- مختصات طبيعي ...................................................................................................  66

4-5- كميات برداري ........................................................................................................  69

4-6- جز متقارن محوري ................................................................................................  69

4-7- جمع بندي ..............................................................................................................  70

فصل پنجم : فرآيند مدل سازي و پردازش نتايج

5-1- اعتبار و دقت مدل  ...............................................................................................  71

5-2- خواص مدل ............................................................................................................  71

5-3- اعمال فشار ثابت روي سه جزء خطي .............................................................  76

5-4- اعمال فشار ثابت روي سه جزء درجه دوم ....................................................  77

5-5- مسئله اتصال انگشتي ...........................................................................................  79

5-6- شرايط قيدي ..........................................................................................................  79

5-7- مدلهاي مشابه اجزاي محدود با شرايط مرزي مختلف ................................  81

5-8- روش تغيير چگالي شبكه ...................................................................................  83

5-9- ريز كردن شبكه .....................................................................................................  85

5-10- شبكه هاي كوچك شدني در بررسي همگرايي ........................................  86

5-11- روش اعو جاج اجزاء ..........................................................................................  90

5-12- شاخص هاي اعو جاج اجزا  ............................................................................  91

5-13- پردازش نتايج ......................................................................................................  94

5-14- كنترل كردن مدل ..............................................................................................  97

فصل ششم : تقارن زير مدل كردن و بررسي اعتبار 

6-1- مقدمه  ....................................................................................................................  102

6-2- مدل متقارن و بار گذاري نامتقارن  .................................................................  102

6-3- تقارن محوري ........................................................................................................  104

6-4- انواع تقارن .............................................................................................................  108

6-5- زير مدل سازي و زير سازه سازي ....................................................................  108

فصل هفتم : تحليل المان محدود : CATIA

7-1- مقدمه ......................................................................................................................  115

7-2- تعريف پارا متر المان بندي  .............................................................................  122

7-3- المان بندي كلي ...................................................................................................  124

7-4- خواص فيزيكي مدل ...........................................................................................  125

7-5- تعريف جرم ...........................................................................................................  130

7-6- قيد گزاري  ............................................................................................................  131

7-7- اعمال بار گزاري ...................................................................................................  132

7-8- انجام آناليز .............................................................................................................  133

7-9- مشاهده نتايج ........................................................................................................  133

فصل هشتم : تحليل و نتايج تحليل

پيوست و ضمائم ...............................................................................................................  160

منابع و مآخذ  ...................................................................................................................  167