مدل سازی عددی و تحلیل رفتار مکانیکی سازه های فضاکار inflatable در فشارهای زیادچکیده:
تیوب های قابل تورم از موادی جدید و بسیار پیشرفته با خواص مکانیکی بالا ساخته شده اند که می توانند تحت فشارهای بسیار بالا متورم شوند. با توجه به اهمیت و کاربرد بسیار زیاد این سازه ها در صنایع مختلف از جمله صنایع فضایی و همچنین عدم کارایی تئوری های متداول تیرها و پوسته ها در مورد چنین سازه هایی،هدف از مقاله حاضر،ارائه روشی عددی به منظور تحلیل رفتار میکانیکی سازه های قابل تورم می باشد. این روش مبتنی بر استخراج معادلات تعادل در حالت تغییر فرم یافته و استفاده از تئوری تیر تیموشنکو می باشد.با توجه به نا متقارن بودن ماتریس سختی بدست آمده،روش المان محدود خطی،بر پایه معادلات تعادل نوشته شده در حالت تغییر فرم یافته جواب بسیار خوبی در مقایسه با نتایج حاصل از آزمایش بدست خواهد داد. جذابیت استفاده از نتایج بدست آمده زمانی بیشتر خواهد شد که امکان گسترش استفاده از این نتایج در حالات مختلف تکیه گاهی و بارگذاری وجود داشته باشد. نتایج حاصل از روش ارائه شده در این مقاله نشان می دهد که استفاده از آن می تواند به عنوان مبنای مناسبی جهت آنالیز و تحلیل سازه های قابل تورم در نظر گرفته شود.
مقدمه:
امروزه استفاده از سازه های قابل تورم(inflatable structures) با توجه به رشد روز افزون ساخت مواد جدید و علوم وابسته به آن ها پیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. کاربردهایی چون مصارف نظامی،فضایی،ساختمانی،صنعتی و تفریحی گستره ی وسیعی را در ارتباط با سازه های قابل تورم به خود اختصاص داده است.عمده علت استفاده از این قبیل سازه ها ویژگی هایی چون برخورداری از وزن بسیار کم،سهولت حمل و نقل و نگهداری و همچنین سهولت جمع شدن و به دنبال آن قابلیت برگشت به حالت اولیه پس از بار برداری می باشد. هر چند سازه های قابل تورم از سابقه تاریخی طولانی برخوردار می باشند،لیکن با توجه به کمبود منابع علمی در زمینه تحلیل رفتار میکانیکی آن ها،هم اکنون نیاز به ادامه ی تحقیقات در این حیطه احساس می شود.لذا با توجه به این کاربردها و پیشرفت علوم مربوط به این سازه ها،شاهد استفاده بیش از پیش آن ها در آینده خواهیم بود.از جمله مصارف این قبیل سازه ها می توان مواردی چون چادرها و سرپناه ها،سدهای موقت،پل های موقت،آنتن های فضایی ،استخرها،جلیقه های نجات و قایق ها رانام برد.سابقا این سازه ها از مواد با مقاومت میکانیکی پایین ساخته شده و در فشارهای نسبتا کم مورد استفاده قرار می گرفتند.لیکن با توجه به پیشرفت مواد جدید و مقاومت خوبی که این قبیل سازه ها در فشارهای زیاد از خود نشان داده اند،استفاده از آن ها در این فشارهای نسبتا زیاد نیز مورد توجه ویژه قرار گرفته است.از طرفی یکی دیگر از قابلیت های مهم این نوع سازه ها،که باعث افزایش رونق استفاده از آنان گردیده است،وجود امکان کنترل فشار درونی آن ها از راه دور می باشد .
تحقیقات در زمینه ی تیوب ها و پانل های قابل تورم و گسترش علوم مربوط به آن ها از دیرباز مورد توجه محقیقین قرار گرفته است و همچنان این علم در حال تکامل می باشد.بدین ترتیب که در منابع میزان تغییر مکام تیوب های قابل تورم یک سر درگیر،در فشارهای پایین به کمک تئوری تیر معمولی محاسبه شده است . در منبع این تیوب،ساخته شده از مواد با مقاومت مکانیکی پایین و با ماکزیمم فشار داخلی حدود ۷۰ کیلو پاسکال مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج بدست آمده از آزمایش با نتایج حاصل از منبع مقایسه گشته است. در این منبع ادعا شده است که این تئوری برای تیوب های قابل تورم استفاده می باشد .در صورتی که تحلیل پیشنهاد شده در آن منبع برای تیوب های ساخته شده از مواد با خاصیت مکانیکی بالاتر(حدود ۲۰ برابر نمونه آزمایش شده)و فشارهای داخلی بیشتر از دقت کافی برخوردار نمی باشد.با نظر به آن که در تئوری تیر معمولی،میزان تغییر مکان تنها به صلبیت خمشی وابسته می باشد و اثرات فشار در آن نادیده گرفته می شود،(در حالیکه فشار نقش بسیار مهمی را در مقاومت و تغییر مکان این قبیل سازه ها بازی می کند)این تحقیقات در حالت کلی با واقعیت تطابق نداشتند و نیاز به بهبود وادامه مطالعات در گستره ی وسیع تری احساس می شد.
ادامه مطلب را از این
لینک مشاهده نمایید...
