بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله حاضر رفتار میراکننده هاي مایع لزج داراي سوراخ هاي حلقوي با حل معادله ناویر استوکس توسط روش اجزا محدود مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. با استفاده از رفتار ویسکوالاستیک روغن سیلیکونی در میراکننده هاي مایع می توان افزایش قابل توجهی در میرایی سازه بدست آورد. در این مقاله ضمن بیان نحوه کار میراکننده هاي مایع، دیاگرام هیسترزیس و قابلیت جذب انرژي آنها، چگونگی تاثیر میراگرهاي مذکور در پاسخ دینامیکی سازه بررسی شده است .در ادامه مقاله با مدل سازي یک میراگر مایع در نرم افزار Ansys Fluent، نتایج مدل اجزا محدود با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات تحقیق مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشانگر نزدیکی نتایج تحلیل اجزا محدود با نتایج آزمایشگاهی می باشد. بنابر این در این تحقیق نسبت به مدلسازي در حالت هاي تغییر طول سیلندرهاي میراگر اقدام گردید.
واژههاي کلیدي: میراکننده مایع لزج، نرم افزار Ansys Fluent ، مدلسازي المان محدود، رفتار لرزه اي
-1 مقدمه
به طور کلی تغییر مکان نسبی بین طبقات و شتاب ایجاد شده در آنها دو مکانیزم عمده ایجاد خرابی در سازه تحت تأثیر تحریکات پایه می باشند. باتوجه به این دو مکانیزم، خرابی در سازه ها با دو روش قابل طراحی بود :
-1 طراحی ساختمان هاي با سختی زیاد که به منظور مقابله با ایجاد تغییر مکان هاي ناشی از تحریکات پایه حاصل گردید که نقطه ضعف این روش افزایش شتاب وارد به طبقه در پی افزایش سختی است.
-2 طراحی ساختمان هایی با شکل پذیري زیاد به منظور کاستن از شتاب طبقات و کاهش شتاب انتقالی به دیافراگم ها که این امر نیز موجب زیاد شدن تغییر مکان طبقات می شود.[3]
باتوجه به معایب موجود در هر دو روش طراحی، استفاده از روشی که بتوان با استفاده از آن ضمن کاستن از نیروي وارد بر سازه تغییر مکان هاي نسبی طبقات را نیز کنترل نمود، از اهمیت خاصی برخوردار است. در نتیجه امروزه پژوهشگران بسیاري در جهان به منظور "کنترل ارتعاشات سازه اي" در برابر نیروهاي زلزله به"سیستم هاي مستهلک کننده انرژي" روي آورده اند تا ضمن تمرکز تغییر شکل هاي غیرخطی به هنگام زلزله در این سیستم ها، امر ترمیم و بهسازي سازه ها را نیز سهولت بخشند.[3]از دیدگاه انرژي در مسائل لرزه اي، انرژي توسط سازه فیلتر می شود. مقدار انرژي وارد شده به سازه فقط به خصوصیات حرکتی زمین وابسته نمی باشد بلکه به خصوصیات سازه نیز مربوط است، همچنین براي یک طرح مقاوم لرزه اي مناسب ابتدا می باید تلاشی جهت حداقل نمودن مقدار انرژي هیسترزیس تلف شده توسط سازه نمود. به طور واقعی دو دیدگاه حیاتی وجود دارد، اولی شامل طرح هایی است که در آن انرژي ورودي به سازه کاهش می یابد و دومین دیدگاه بر روي مکانیزم اتلاف انرژي در سازه متمرکز است. این تجهیزات به صورتی طراحی می شوند که بخشی از انرژي ورودي تلف شده و در نتیجه خسارت وارده به سازه اصلی ناشی از اتلاف انرژي هیسترزیس، کاهش یابد. این ابزارها براي نجات سازه از ویرانی به وسیله هدایت و جذب انرژي به آنها به جاي اعضاي سازه اي استفاده می شوند. به طور کلی هدف از کاربرد این ابزارها این است که جذب انرژي به وسیله رفتارهایی که بدین منظور طراحی شده اند اتفاق افتد و از رفتار غیرخطی عناصر اصلی سیستم مقاوم باربر جانبی حتی الامکان جلوگیري به عمل آید و در نتیجه استفاده از روشهاي نوین و سیستم هاي جدید کنترل ارتعاشات ضمن اقتصادي بودن این امکان را فراهم می آوردکه بدون خرابی هاي عمده در هنگام زلزله ، ساختمان به سرویس دهی خود ادامه دهد. از این رو در چند دهه اخیر استفاده از قطعات اتلاف انرژي جهت مقاوم سازي و طراحی مقاوم سازه ها به سرعت در حال توسعه است.[4]
-2 میراگرهاي ویسکوز - Damper Viscous fluid -
میراگرهاي ویسکوز براي بار اول در مهندسی هوا فضا و نظامی براي جذب ضربه تولید شده از موشکهاي پرتابی یا فرود یک هواپیما استفاده شده است. هنگامی که این میراگرها اولین بار براي استفاده هاي عمرانی تولید شد، تکنولوژي آنها بیش از 35 سال توسعه یافته و کامل شده بود ، اما در آن زمان میراگرها در واقع براي محافظت سیلوهاي موشک از اصابت و امواج ضربه یک انفجار استفاده شده است. در حدود سال هاي 1972 به دلیل مطرح شدن نیروهایی همچون زلزله و باد که با افزایش ارتفاع سازه، طراحی ها تحت شعاع قرار گرفتند، ارتفاع سازه ها به راحتی قابل افزایش نبودند و جهت دستیابی به ارتفاع بیشتر ساختمان ها، ایده کنترل سازه ها که در واقع نحوه کنترل نیروهاي وارد بر آن بود، مطرح گردید.
در ایراننیز باتوجه به لرزه خیز بودن بسیاري از مناطق کشور و خصوصاً قرار گرفتن بسیاري از مناطق پر جمعیت و مهم در مناطق با خطر نسبی خیلی زیاد و زیاد طبق تعریف آیین نامه 2800 ایران لزوم استفاده از ابزار هاي مناسب مستهلک کننده انرژي زلزله چه براي ساختمان هاي نوساز و در حال طراحی یا اجرا و چه براي مقاوم سازي ساختمان هاي قدیمی ضروري می باشد که اخیراً این میراگر هاي ویسکوز در طراحی و مقاوم سازي ساختمان هایی نظیر هتل بزرگ آزادي تهران، ساختمان مرکز تجارت جهانی تبریز و میانگذر دریاچه ارومیه بکار رفته است.[5]
شکل عمومی میراگرهاي ویسکوز سیلندر– پیستونی در شکل - 1 - نمایش داده شده است . در انتهاي پیستونی که در داخل سیلندر قرار دارد، سرپیستون قرار دارد که داخل سیلندر را به دو مخزن تقسیم می کند . با حرکت دو سر میراگر نسبت به همدیگر، پیستون در داخل سیلندر حرکت می کند و باعث می شود که حجم مخزن ها نسبت به یکدیگر تغییر کند، و سیال به اجبار از روزنه هایی که در میان سرپیستون تعبیه شده است، جابجا می شود تا بتواند این تغییر حجم مخازن را جبران کند و این روند، توانایی اتلاف انرژي قابل توجه در میراگرهاي ویسکوز را ایجاد می کند. انواع مختلف روزنه ها جهت حرکت سیال بین دو سمت سیلندر وجود دارد که در این مقاله از ساده ترین نوع میراگر یعنی میراگر با روزنه حلقوي مطابق شکل 1 استفاده گردید.[3]
شکل - 1 - طرح کلی میراگرکننده مایع لزج سیلندر-پیستونی
-3 اثر میرایی بر پاسخ ارتعاشات سازه
مطابق شکل 2 افزایش میرایی باعث کاهش پاسخ سازه - شتاب و تغییرمکان - می شود . افزایش میرایی در زمان تناوب هاي پائین بر روي مقدار طیف اثري ندارد و در زمان تناوب هاي بالا نیز اثر کمی بر روي شتاب پاسخ دارد .[6]
شکل - 2 - اثر میرائی روي طیف پاسخ تغییرمکان
-4 عملکرد میراگرهاي ویسکوز
میراگر مایع ویسکوز معمولاً رفتار خطی از خود نشان می دهند . مطالعاتی زیادي توسط شرکت Taylor در زمینه ي این میراگرها صورت گرفته است. این میراگر به صورت پیستون و سیلندر فولادي بوده و پر از مایع سیلیکونی می باشد. عامل تعیین کننده در میزان نیروي ایجاد شده در این میراگرها سرعت حاصله در این اعضاء می باشد. این میراگرها نیز وابستگی زیادي به
