تحلیل روش های کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 تحلیل روش های کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA دارای ۱۸۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحلیل روش های کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحلیل روش های کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن تحلیل روش های کاهش ضریب تمرکز تنش با تغییرات شکل هندسی به روش المان محدود توسط نرم افزار CATIA :

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی مهندسی مکانیک در گرایش طراحی جامدات  

تابستان ۸۶

مقدّمه :

در۱۵ژانویه۱۹۱۹، در خیابان تجاری بوستون واقعه ای وحشتناک رخ داد. مخزن بزرگی با۲۷ متر قطر و حدود ۱۵ متر ارتفاع، ناگهان شکست و بیش از ۵/۷ میلیون لیتر شیره قند در خیابان ریخت .

ناگهان قسمت بالای مخزن به هوا و پهلوها به دو طرف پرتاب شدند. ساختمانی در آن نزدیکی، که کارمندانش در حال صرف نهار بودند، فرو ریخت و چند نفر مدفون شدند و قسمتی از مخزن به ایستگاه آتش نشانی برخورد کرد و تعدادی آتش نشان کشته و مجروح شدند.

به هنگام فروریختن، قسمتی از مخزن به یکی از ستونهای ساختمان بلند شرکت راه آهن بوستون اصابت کرد. این ستون کاملا قطع شد… و ساختمان از حالت قائم خارج و چند فوت نشست کرد… . بر اثر غرق شدن در شیره قند، یا خفگی، و یا در اثر برخورد با آوار دوازده نفر جان باختند، بیش از ۴۰ نفر مجروح شدند. تعداد زیادی اسب که در آن ساختمان می زیستند غرق شدند، وبقیه را نیز بر اثر شدت جراحات مجبور بودند بکشند.

شکست مخزن شیره قند شناخت وقایعی را که به شکست زودرس قطعات مهندسی منجر می شوند، الزامی می کند. گاهی سایر سازه ها نیز به همین سرنوشت دچار می شوند. برای مثال، در بلژیک، کانادا، اتریش و ایالات متحده آمریکا در طی پنجاه سال گذشته چندین پل فرو ریخت ، علاوه بر آن تا به حال در تعداد بسیاری کشتی باری شکست رخ داده است. از مطالعات بعدی نتیجه گیری شده است که این شکستها، که به دو قسمت شدن کشتی منجر می شود، ناشی از تمرکز تنشها در قسمت بالای کشتی و امکان پذیر بودن عبور ترک از قسمت جوش است،جوشهایی که صفحات فولادی دا به همدیگر وصل می کند همچنین نواقص جوشکاری و کیفیت نامطلوب فولاد به فرآیند شکست کمک می کند. اخیرا تعداد زیادی شکست در کشتیهای حامل نفت رخ داده است که به آلودگی سواحل و محلهای غنی از ماهی منجر شده است.

جالب است بدانیم که مسیر شکست در کشتیهای باری شبیه به مسیر شکست در کشتی مسافربری تایتانیک است که در سال ۱۹۱۲ با کوه یخ برخورد و غرق شد، درنتیجه باعث مرگ ۱۵۰۰ مسافر و خدمه کشتی شد. بقایای این کشتی را ابتدا در سال ۱۹۸۵ دکتر رابرت بالارد(Robert Ballard) و همکارانش در عمق ۶/۳ کیلومتری از سطح اقیانوس اطلس کشف کردند. گاردز و همکارانش حدس زدند که غرق شدن کشتی تایتانیک ناشی از شکست ترد ساختار فولادی است که در اثر برخورد با کوه یخ در شمال اقیانوس اطلس رخ داده است. گانن گزارش کرده است آزمون شکست شارپی  که روی یک قطعه از بدنه کشتی در-۱C انجام شده، تقریباً برابر با دمای آب در لحظه وقوع فاجعه بوده، و تأیید کرد که بدنه کشتی از فولاد ترد ساخته شده است. این فولاد ترد به وجود درصد گوگرد زیاد و یا به دمای زیاد دگرگونی ترد-نرم مرتبط شده است. به علاوه، لبه های قطعاتی که پیدا شده بود… ناصاف، و تقریبأ خرد شده بود و بر روی خود فلز نشانه ای از خمش نبود.

تصاویری را که گروه تحقیق بالارد از اجزای بدنه کشتی تایتانیک گرفتند، مارشال بررسی و نظریه شکست ترد فلز را، که باعث غرق شدن آن بود تأیید کرد. «قطعات شبیه به قسمتهای ترک خورده پوسته تخم مرغ است و به نظر می رسد که شکست بدون توجه به بستها و مرزهای صفحات گسترش یافته است» عقیده بر این است که جداشدن نهایی قسمت جلو و عقب کشتی به روش زیر رخ داده است:

وقتی قسمت جلوی کشتی به کوه یخ برخورد می کند به زیر آب می رود، بنابر این قسمت عقب کشتی به سمت بالای آب می آید. قسمت معلق عقب کشتی ماکزیمم ممان خمشی را به وسط کشتی اعمال می کند و کشتی را دونیم می کند، این کار روی یا نزدیک به عرشه بالای کشتی، که تنش خمشی از نوع کششی است، رخ داده است. در نتیجه، کمانه کردن قسمت جلو کشتی نزدیک به قسمت پائین به وضوح دیده می شود، این علائم نشان دهنده وجود تنشهای خمشی فشاری نزدیک به کف کشتی است.

با توجه به حوادث ناگوار توأم با هزینه های جانی و مالی، پر واضح است که شناخت پدیده تمرکز تنش و راههای پیشگیری و تعدیل آن امری ضروری و اجتناب ناپذیر می باشد. 

فصل اول

۱-تمرکز تنش

(۱)تمرکز تنش  :

 درمعادلات اصلی مقاومت مصالح برای محاسبه المان های ساده یک سازه و یا عضوی از یک ماشین بیشتر روابط با فرض اینکه، توزیع تنش در جسم یکنواخت است، به دست آمده و در نتیجه فرم ریاضی ساده ای داشتند. برای مثال در یک میله تحت کشش، با فرض یکنواخت بودن تنش در مقطع، تنش کششی به صورت ساده  خواهد بود.

در عمل حالت های زیادی وجود دارد که فرض توزیع تنش یکنواخت همراه با خطا خواهد بود. از جمله این موارد می توان حالت های زیر را نام برد؛

تغییر ناگهانی در مقطع، مثل: تغییر قطر یک محور، جای خار در یک محور، سوراخ در یک ورق کششی، انتهای دنده های یک پیچ، انتهای دنده یک چرخ دنده؛

بار خارجی موضعی، مثل: بار فشاری در سطح کوچکی از یک جسم، بار در محل تکیه گاه یک تیر، نیروی بین چرخ لکوموتیو و ریل، بار در محل تماس دنده های دو چرخ دنده؛

ناپیوستگی در جنس جسم، مثل: حفره های هوا در بتون، گره ها در یک تیر چوبی، وجود اجسام غیرفلزی در فولاد، تغییر مقاومت یا سفتی المان هایی که یک قطعه از آنها ساخته شده است؛

تنش های اولیه در یک قطعه در اثر: سردکاری، عملیات حرارتی، جازدن، تنش های پس ماند در عملیات جوشکاری ؛

شکاف در یک قطعه، که ممکن است در موقع ساخت در اثر: سردکاری، جوشکاری، سنگ زدن و یا علل دیگر در آن ایجاد شده باشد.

عواملی که باعث می شود تنش ها بیشتر از مقادیر محاسبه شده در مقاومت مصالح شوند، عوامل ازدیاد تنش، نامیده می شوند. در اثر این عوامل تنش در محلی بیشترین، مقدار خودرا داراست، و این مقدار را تنش اوج ، نامند. در ضمن در مسائل ذکر شده برای نشان دادن چگونگی ازدیاد تنش، عبارت نرخ تنش به کار می رود .

در بیشتر موارد تنش های موضعی در محدوده کمی از جسم ایجاد می شوند در نتیجه این تنش ها را تنش های موضعی، نامیده و یا به طور ساده اصطلاح «تمرکز تنش» را در آن به کار می برند. در مواردی که تنش در محدوده بسیار کوچکی عمل می کند، به دست آوردن روابط تئوری برای آن بسیار مشکل است. به هر حال، تئوری الاستیسیته، برای برخی موارد نتایج مفیدی به دست می دهد. در سایر موارد روش های آزمایشی برای برآورد تمرکز تنش کاربرددارند. از جمله روش های آزمایشی می توان؛ فوتوالاستیسیته، استفاده از کرنش سنج ها، تشابه غشائی، تشابه جریان مایع، پوشش تردو غیره را نام برد.

(۱-۱)ضریب تمرکز تنش:

در یک آزمایش ساده کشش برای یک میله ایزوتروپ و همگن با سطح مقطع ثابت A، اگر بار وارده بدو انتها موضعی باشد، شکل (a1)، در مقطعی دور از محل اعمال بار توزیع تنش یکنواخت خواهد بود. ولی این توزیع در مقاطع نزدیک محل های اعمال بار غیریکنواخت می باشد. غیریکنواختی تنش ممکن است در اثر تغییر شکل هندسی جسم (سوراخ یا فرو رفتگی در مقطع) نیز اتفاق افتد، شکل (b1). در هر یک از این موارد، تنش در قسمتی از مقطع، می تواند به مراتب بزرگتر از تنش متوسط، مثل  در کشش ساده، باشد. نسبت این دو تنش را با  نمایش داده و آن را ضریب تمرکز تنش، نامند. در نتیجه:

منابع و ماخذ :

۱

– تئوری و کاربرد تحلیل اجزای محدود / تالیف M.G.fegan / ترجمه دکتر محمد حسن حجتی .

۲- مقاومت مصالح پیشرفته و تئوری الاستیسیته / تالیف دکتر محمود شاکری / دانشگاه صنعتی امیر کبیر .

۳- مقاومت مصالح پیشرفته و تحلیل تجربی تنش / تالیف دکتر محمود شاکری .

۴- رفتار مکانیکی مواد / تدوین دکتر عبد الکربم سجادی / استادیار دانشگاه فردوسی       

۵- مقدمه ای بر روش اجزای محدود / تالیف دکتر سید امیر الدین صدر نژاد / دانشیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی .

۶- تحلیل المان محدود در نرم افزار CATIA

۷- کاربرد و تئوری الاستیسیته / دکتر انوشیروان خرشیدیان فر

۸- مقاومت مصالح / بیر جانستون

۹- طراحی اجزا ماشین / شیگلی .