متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از رساله: خانم هدی سرپرست، گروه آموزشی طراحی کاربردی

خلاصه خبر: ارتعاشات غیرخطی و پایداری دینامیکی تیر کامپوزیتی خمیده با انحنای غیر یکنواخت و شرایط مرزی غیر خطی تحت بار متحرک

  • عنوان: ارتعاشات غیرخطی و پایداری دینامیکی تیر کامپوزیتی خمیده با انحنای غیر یکنواخت و شرایط مرزی غیر خطی تحت بار متحرک
  • ارائه‌کننده: خانم هدی سرپرست
  • استاد راهنما: دکتر سیامک اسماعیل زاده خادم
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر غلامحسین رحیمی شعر باف مقدس
  • استاد ناظر داخلی دوم: دکتر محمدرضا قضاوی
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر عبدالرضا اوحدی
  • استاد ناظر خارجی دوم: دکتر رضا اویسی
  • نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر غلامحسین رحیمی شعر باف مقدس
  • مکان: اتاق 154
  • تاریخ: 97/07/28
  • ساعت: 13:30

چکیده: تیرهای خمیده به دلیل شکل هندسی و قابلیت تحمل بار بیشتر نسبت به تیرهای مستقیم در بسیاری از سازه ­های مهندسی مانند سازه ­های دریایی، هوایی، مکانیک نظیر فنرها، قلاب جرثقیل­ها و غیره، حمل و نقل نظیر ریل­های راه­ آهن و عمران نظیر پل­ها، تقویت­ کننده سقف­ها و غیره بطور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرند. در برخی از سازه­ ها مانند سازه­ های هوایی افزایش نسبت استحکام به وزن نقش مهمی در طراحی بهینه دارد. مواد کامپوزیتی علیرغم سبک بودن دارای استحکام بالایی هستند. در مواد کامپوزیتی لایه­ ای می­توان برای هر لایه جنس را به­ گونه­ ای انتخاب کرد و آرایش لایه­ ها را به گونه ­ای تنظیم کرد که استحکام مورد نیاز را در هر جهت فراهم کند. بنابراین تیرهای خمیده کامپوزیتی لایه ­ای با دارا بودن نسبت قدرت به وزن و سفتی به وزن بالا در کاربردهای خاص نظیر سازه ­های هوایی مورد توجه بیشتری هستند. سازه ­های مهندسی مانند هواپیما، موشک، خودرو، کشتی، زیردریایی و غیره اغلب در شرایط محیطی پیچیده از لحاظ بارگذاری و شرایط مرزی قرار می­گیرند. شرايط مرزي واقعي به دليل پيچيده کردن حل معادلات معمولا در بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی سیستم­های مختلف در نظر گرفته نمی ­شوند. در صورتی­که شرايط مرزي غيرخطي مدل دقیق­تر و واقعی­تری از یک سیستم ارائه می­ دهند و درنظر گرفتن آن به­ منظور دستیابی به نتایج با قابلیت اعتماد بالاتر اجتناب‌ناپذیر است. همچنین این سازه­ ها به دلیل قرار گرفتن تحت بارهای دینامیکی مختلف، رفتار ارتعاشی از خود نشان می ­دهند. بنابراین درک ارتعاشات سازه و کاهش آن از طریق طراحی مناسب برای اطمینان از عملکرد ساختاری قابل اعتماد، امن و پایدار اهمیت ویژه ­ای دارد. یک گام مهم در طراحی ارتعاشات یک ساختار مهندسی ارزیابی خصوصیات ارتعاشی آن، مانند فرکانس طبیعی و شکل مود است. این اطلاعات در طراحی ارتعاشاتی سازه­ ای که تحت تحریک دینامیکی قرار دارد نقش کلیدی بازی می­کنند. بنابراین در این رساله برای اولین بار به بررسی رفتار ارتعاشی و پایداری دینامیکی تیرهای خمیده کامپوزیتی لایه ­ای با شرایط بارگذاری و شرایط مرزی مختلف پرداخته شده است. بررسی ­های انجام شده بر روی تیر به چهار بخش تقسیم می شوند: 1- تحلیل رفتار استاتیکی تیر خمیده کامپوزیتی لایه ­ای تحت بار گسترده شعاعی با شرایط مرزی خطی و غیرخطی 2- بررسی رفتار دینامیکی تیر خمیده کامپوزیتی لایه­ ای تحت یک بار متحرک با شرایط مرزی از نوع تکیه ­گاه ساده 3- بررسی پایداری دینامیکی تیر خمیده کامپوزیتی لایه ­ای تحت یک و چند بار متحرک با شرایط مرزی از نوع تکیه ­گاه ساده 4- مطالعه ارتعاشات آزاد تیر خمیده کامپوزیتی لایه ­ای با انحنای غیریکنواخت. به ­منظور بررسی موارد ذکر شده فرضیات کلی به این ترتیب درنظر گرفته شده است: 1-تیر ضخیم و عمیق می­ باشد. 2- لایه ­های تیر کاملا به یکدیگر چسبیده و یکپارچه می­ باشند. 3- ضخامت چسب بین لایه ها تا حدی کم فرض می شود که امکان بوجود آمدن تغییر شکل برشی را در آن نمی دهد. این بدان معنی است که تغییر مکان ها پیوسته بوده و لایه ها امکان لغزیدن روی یکدیگر را ندارند. معادلات حاکم بر هر بخش بر مبنای تئوری تیر تیموشنکو با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. معادلات به کمک روش­های تحلیلی و عددی حل شده­اند و نتایج با یکدیگر مقایسه شده ­اند. اثر پارامترهای هندسی نظیر شعاع انحنا و زاویه دربردارنده تیر، پارامترهای مربوط به بار نظیر دامنه بار و سرعت بار متحرک و پارامترهای مربوط به ماده نظیر جنس، تعداد لایه­ ها و آرایش لایه­ چینی بر روی جابجایی استاتیکی و دینامیکی تیر برررسی شده اند. همچنین سرعت بحرانی بار متحرک محاسبه شده و اثر برخی پارامترهای هندسی و مادی بر روی آن مطالعه شده است. در بحث پایداری دینامیکی تیر خمیده لایه ­ای تحت بارهای متحرک، سرعت­های لغو، تشدید و حداکثر بدست آمده­ اند. اثر تعداد بارهای متحرک، فاصله بارها از یکدیگر، تعداد و آرایش لایه ­ها، سرعت­های لغو، تشدید و حداکثر بر روی دامنه ارتعاشات اجباری و آزاد تیر بررسی شده­ اند. در آخرین بررسی نیز فرکانس­های طبیعی تیر خمیده لایه­ ای با انحنای غیریکنواخت محاسبه شده­ اند و اثر جنس، سطح مقطع و آرایش لایه­ ها بر روی آن مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج حاصل از بررسی­ های استاتیکی نشان دادند که افزايش زاويه انحنا و تعداد لايه ­ها جابجايي استاتيکي را کاهش مي ­دهد و اثر افزايش فنر غيرخطي در کاهش جابجايي تير بيشتر از فنر خطي است. نتايج حاصل از بررسی­ های دینامیکی نیز نشان دادند که با افزايش سرعت بار متحرک تا قبل از سرعت بحراني، جابجايي ديناميکي تير کاهش مي­ يابد. همچنین افزايش شعاع تير خميده منجر به کاهش فرکانس و افزايش سرعت بحراني بار متحرک شد. نتايج حاصل از تحلیل پایداری سیستم نشان دادند که نوع لايه­ چيني و تعداد لايه­ ها در سرعت­هاي لغو و حداکثر تیر تحت یک بار متحرک اثري ندارند ولی سرعت­های لغو و تشدید را در تیرهای تحت چند بار متحرک تغییر می ­دهند. در ضمن نشان داده شد که سرعت­هاي لغو و تشديد در لايه­ چيني­ هاي عمود بر هم متقارن و نامتقارن يکسان هستند و بيشتر از انواع ديگر لايه­ چيني مي ­باشند. نتایج حاصل از بررسی ارتعاشات تیر با انحنای غیریکنواخت نشان دادند که فرکانس­های طبیعی بدون بعد برای تیرهای دو لایه و چهار لایه عمود برهم بیشتر از انواع دیگر لایه ­چینی است. همچنین با افزایش نسبت ارتوتروپی فرکانس­های طبیعی بدون بعد کاهش می ­یابند.
کلمات کلیدی: تیر خمیده کامپوزیتی لایه­ ای، تحلیل استاتیکی و دینامیکی، سرعت بحرانی، شرایط مرزی غیرخطی، بار متحرک،پدیده­ های لغو و تشدید، انحنای غیریکنواخت

25 مهر 1397 / تعداد نمایش : 63