whatsapp call admin

مقاله بررسی قابلیت اعتماد خستگی در پلهای فولادی

word قابل ویرایش
10 صفحه
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی قابلیت اعتماد خستگی در پلهای فولادی
چکیده
خستگی و رفتار گسیختگی از مهمترین ملاحظات در تعیین وضعیت سازه های فلزی تحت بارهای سیکلی می باشد. بخصوص اینکه عمرپیش بینی شده در پلهای فولادی دستخوش پارامترهای تصادفی و اتفاقی است که به سیر رو به رشد خسارت ناشی از مکانیسم های متفاوت خستگی وابسته است . آنالیز خستگی در سازه معمولا براساس نمودارهای S-N بیان میگردد،که N تعداد سیکلهای بارگذاری تا شکست و S دامنه یا محدوده تنش در سیکلهای وارده می باشد. البته طبیعت تجربی بودن روشهای تنش – عمر محدودیتهای زیادی را دراستفاده از داده های آن وضع می کند. صرفنظر از محدودیتهای این روش ، روش S-N برای آنالیز خستگی مبنای طراحی در آئین نامه آشتو می باشد. در این مقاله به روابطی که در تئوری قابلیت اعتماد خستگی در پلهای فولادی استفاده میگردد اشاره شده و بر اساس نظریات مختلف و بر پایه تئوری آمار و احتمالات ، با در نظر گرفتن بار کامیون بصورت بلوکهای بارگذاری ، یک راه حل ساده بیان و در نهایت روابط مشخص کننده تابع خسارت تنش ناشی از خستگی ارائه میگردد.
کلید واژه ها: پل ، خستگی ، قابلیت اعتماد

١-مقدمه
آنالیز خسارت خستگی در سازه معمولا به ٢ مبحث تقسیم بندی می شود: ١-مقاومت ، ٢- بار.
مقاومت به قابلیت تحمل بار توسط سازه بر می گردد و بار محدود به نیروهای خارجی وارد به سازه می باشد. شکست سازه ای به ندرت مربوط به قسمت بار وارده است چراکه وقوع تنشهائی بیشتر از آنچه که طراح در محاسبه پیش بینی کرده است کمیاب است . در عوض گسیختگی و شکست ترد در ترکهای خستگی بیشترین تاثیر را در شکست قسمتهای مختلف پلهای فولادی دارد، زیرا در نقاط مشخصی از سازه ، مقاومت خستگی پائین تر از آنچه که معمولا طراح در نظر گرفته می باشد. معمولا مکانیزم شکست در مدلهای خستگی براساس قانون پاریز (Paris) بیان میشود که نرخ ایجاد خسارت در قالب ترمهائی از رشد ترک بر سیکل تنش بیان می شود.
هدف از این مقاله ارائه یک روش ساده برای تخمین قابلیت اعتماد در نقاط خاص پلهای فولادی که از قبل شکاف یا ترک داشته اند می باشد . مدل ارائه شده که براساس آمار و احتمالات شکل گرفته است بررسی های تصادفی همراه با طیفی از تنشهای تحمیل شده در محل ترک خورده ناشی از عبور کامیون را تشریح می کند. در این شیوه از داده های بازرسی پل براساس مدل خستگی تا پیش بینی قابلیت اطمینان پل استفاده می شود.
٢-مکانیک شکست الاستیک خطی و خستگی (LEFM)
هنگامیکه عیب یا نقصی در یک جسم ایجاد می شود با ایجاد یک مکانیزم شکست ، بیشترین نگرش از آنالیز خستگی و انتشار ترک تداعی میگردد. در سال ١٩۵٧ ایروین [ ١] رابطه اساسی زیر را ارائه دادکه توصیفی از تنش در یک نقطه  نزدیک نوک ترک می باشد.

در این رابطه K فاکتور شدت تنش و  یک تابع معلومی از بوده و r فاصله شعاعی از بالای ترک و زاویه تمایل به محور مختصات مرجع می باشد . در این رابطه K بصورت زیر بیان می شود:

که تنش وارده در یک طرف ترک بوده و تنش میدان دور نامیده می شود. a طول ترک می باشد و ضریب تصحیح بوده که وابسته به نمونه انتخابی و هندسه ترک می باشد. به منظور استفاده از روش LEFMبراساس آنالیز خستگی ، موقعیت و ابعاد ترک باید مشخص شود. سانتاکوس [٢] لیستی از موقعیت خرابی ها ارائه داد که در جدول ١ آمده است وفیشر[٣]کار گسترده ای را روی فاکتورهای شدت تنش برای این موقعیت ها و محلهای بحرانی برای خستگی انجام داد . بررسی های تجربی نشان میدهد که نرخ رشد خستگی در ترک تابعی از محدوده شدت تنش وارده می باشد.
dN
K∆، ٣ ناحیه متمایز دارد که در شکل ١ بصورت لگاریتمی نشان داده شده است .
پاریز و همکاران [۴]اولین پیشنهاد را برای رابطه بین سیکلهای رشد ترک و فاکتور شدت تنش ارائه کردند:

که در آن K∆برابر Kmin -Kmax است . در سال ١٩۶٣ پاریز و اردوگان [۵]با زحمت زیاد روی معادله ٣ ، رابطه ۴ که قانون پاریز یا پاریز-اردوگان است را ارائه نمودند:

Cو m ثابتهای مواد که برای محدوده وسیعی از فلزات جدول بندی شده اند می باشد.

٣-تکنیک قابلیت اعتماد سازه
قابلیت اعتماد یک سیستم میزان احتمال خرابی آن سیستم است که وظیفه ای مشخص را تحت یکسری شرایط معلوم برای مدت زمانی تعیین شده انجام میدهد. شکست اجزاء پل بنا به تعریف تجاوز از یک حالت حدی از پیش تعیین شده است . این حالات حدی بر ٣ دسته می باشد[ ۶]:
١- نهایی (Ultimate) (شکست و فروریزی )،
٢- خسارت (ترکهای زیاد)،
٣- قابلیت سرویس دهی
(تغییر شکلهای زیاد و تجاوز از مقادیر آئین نامه ای ).
همراه با تعریف یک حالت حدی ، اولین قدم در آنالیز قابلیت اعتماد تعیین وضعیت عدم اطمینان است . هر عدم اطمینان به یکسری متغیرهای اصلی تصادفی برمی گردد و یک تابع احتمال باید به هر کدام از این متغیرها اختصاص یابد. مدلهای احتمالی قابلیت اعتماد، مجموعه بهتری برای پیش بینی عمر سازه می باشند زیرا وضعیت اتفاقی و تصادفی در هر دوعامل بار و مقاومت را بررسی می کنند . مدل ارائه شده در مقاله حاضر منحصرا روی قابلیت اعتماد خستگی بدست آمده است .

۴-شرح مدل پیشنهادی
روش پیشنهادی برای بررسی و پیشگوئی قابلیت اطمینان در یک نقطه از پل هنگامیکه در آن یک ترک قابل اندازه گیری آشکار می شود بکار می رود. اساس این مدل پیشگوئی قابلیت اطمینان براساس ابعاد ترک و زمان بازرسی و جنبه های احتمالاتی بارهای آینده می باشد. درحقیقت بازرسی پل وقتی انجام می شود که در یک نقطه مشخص ترکی ایجاد شود.
فرم کلی فاکتور شدت تنش K در معادله ٢ آورده شده است . تغییرات موثر در این فاکتور که برای هر سیکل بارگذاری انجام می شود با استفاده از رابطه قدیمی مکانیزم شکست بدست می آید:

که در آن ab طول ترک ، تابعی است از هندسه محل واقع شده در معرض خستگی و در طی b امین بلوک بارگذاری . همچنین رابطه زیر برای محاسبه تغییرات در طول ترک در هر سیکل بلوک بارگذاری استفاده می شود .

که در آن m وC نمای رشد ترک و ضریب رشد ترک در مصالح است . این نکته اهمیت دارد که قانون پاریز برای توصیف رفتار رشد ترک درناحیه II که در شکل شماره ١ نشان داده شد می باشد.
بنابراین نظام رفتاری پاریز سطوح محدوده تنش زیر Kth∆ را شامل می شود. کل تغییرات در طول ترک در واحد هر بلوک بار b را می توان با جمع تغییرات در هر سیکل محاسبه نمود:

که در آن n تعداد کل سیکلها در b امین بلوک بارگذاری می باشد .
۵-تابع خسارت تنش -تعیین احتمال خسارت و محاسبه قابلیت اعتماد
در مدل پیشنهادی ، بجای فرض اینکه بارگذاری در سیکلهای تکراری در یک نقطه خاص از پل وارد شود، بارگذاری بصورت اتفاقی وارد عمل می شوند . اگرچه بارها از نظر شکل مشابه اند، ولی دامنه های متفاوتی را با قابلیت تنظیم پارامترهای وسیله نقلیه شامل وزن و سرعت ، شامل میشوند. بنابراین مفهوم تابع خسارت تنش تعریف می شود. فرض می شود که سیکلهای اضافه بار، تنشی را در بازشو ترک ایجاد می کنند، در اینصورت تابع خسارت تنش بصورت زیر است :
که در آن  سیکلهای همراه با اضافه بار که از تجاوز می کنند می باشد. n تعداد کل سیکلها درهر بلوک بار و مطابق با این ضوابط هستند و خروجی مشخصی در بین همه وسایط نقلیه برای باری است که خسارت آن مشخص شده است .
هنگامیکه شمارش سیکلها برای داده های ثبت شده بدست آمد، تابع تنش را می توان برای هر عبور کامیون محاسبه نمود. برای محاسبه تابع خسارت تنش در ابتدا بایستی ، تنش در محل ترک برای سیکلهای اضافه بار مشخص شود. این تنش بستگی به مقدار ماکزیمم تنش در حالت پیک اضافه بار دارد. ماکزیمم تنش برابر با مجموع پیک تنش بار مرده و زنده در نزدیک محل ترک خوردگی و نقطه مورد بررسی می باشد. بنابراین لازم است تخمینی از تنش در محل ترک ناشی از بار مرده را داشته باشیم .
روشهای اجزاء محدود را می توان بطور معمول برای تخمین تنشهای بار مرده بکار برد. در عمل کامیون استاندارد بارگذاری AASHTO بعنوان بار وارده استفاده می شود. سپس ماکزیمم و مینیمم تنش هر یک از سیکلهای بار را می توان بدست آورد. ماکزیمم تنش در سیکل بارگذاری در بار بلوک B برابر است با:

که در آن تنش تخمینی بار مرده در نزدیک ترک و نقطه پیک تنش در سیکل شمارش شده میباشد. همچنین مینیمم تنش در سیکل بارگذاری i را می توان ازمعادله زیر بدست آورد .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 10 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد