بخشی از مقاله
چکیده
تیرورق ها تیرهایی با نسبت ارتفاع به طول دهانه زیاد هستند؛ که در صنعت و ساختمان سازی کاربرد فراوانی دارند. با توجه به وجود احتمالات در مراحل ساخت این عضو سازه ای در این مقاله سعی شده با استفاده از روش احتمالاتی مونت کارلو و با در نظر گرفتن عدم قطعیت مدول الاستیسیته ، پاسخ احتمالاتی جهت محاسبه بار کمانشی ارائه شود و جواب ها و نمودارهای به دست آمده از حل احتمالاتی با حل معین مقایسه شود.
در این مقاله مدل اجزاء محدود سازه در نرم افزار ANSYS 12.1 ایجاد شده که به وسیله آن بار کمانشی معین تیر ورق محاسبه می شود و با استفاده از ابزار احتمالاتی نرم افزار تحلیل احتمالاتی جهت محاسبه بار کمانشی صورت می گیرد.
- 1 مقدمه
تیرورقها با سوراخ در جان به طور معمول در سکوهای دریایی برای اکتشافات و تولید نفت و گاز استفاده میشوند. معمولاً استخراج نفت و حفر چاه همزمان انجام میشود. به دلیل محدودیت فضا، عبور لولههای پیشروی، تجهیزات و کابلهای الکتریکی و لولههای تهویه از میان جان تیرورقها اجتنابناپذیر است. تیرورقها با سوراخ در جان، در صنایع زمینی نیز بسیار مرسومند و از بازشوها برای عبور تاسیسات ساختمانی استفاده میشود.
درک رفتار این تیرورقها در طول بارگذاری برای بهبود کارایی سازه اهمیت دارد. از اینرو روشهای گوناگونی برای بررسی رفتار چنین اعضایی در سازه به کار رفته است. روشهای آزمایشگاهی برای تحلیل اجزای مختلف سازه کاربرد دارد، اگرچه این روشها نتایجی به دست می دهد که تا حد زیادی با واقعیت تطابق دارد اما بسیار وقتگیر و پرهزینه است، بنابراین روش اجزای محدود برای مطالعهی اجزای سازهای امروزه به طور وسیعی به کار میرود.
در این نوع آنالیز مدل مساله ، خواص مواد مقادیر معلوم هستند ولی در موارد عملی ، تمامی ورودی ها را نمی توان به عنوان مقادیر معین در نظر گرفت . در ساخت تیرورق ها با توجه به تلرانس های ساخت ضخامت صفحات جان و بال ، ابعاد بازشو ، مشخصات فولاد مصرفی و سایر پارامترها از قطعه ای به قطعه دیگر ، مقاومت آنها تحت تاثیر این نوسان ها قرار می گیرد .
با استفاده از ابزار احتمالاتی ANSYS می توان پراکندگی و احتمالاتی بودن پارامترهای ورودی را مدلسازی کرد و اثر این پارامترها را بر مدل ارزیابی کرد . میزان تاثیرپذیری نتایج حل اجزای محدود از پارامترهای ورودی نامعین در مدل مشخص می شود. در این پژوهش به بررسی اثر تغییر مدول الاستیسیته بر مقاومت برشی کمانشی تیرورق ها با استفاده ازآنالیز خطی پرداخته شده است .
هدف اولیهی این مقاله تحلیل احتمالاتی تیرورقهایی با سوراخ در جان توسط روش اجزای محدود است. نتایج حاصل از شبیهسازی با نتایج آزمایش مقایسه شد تا از صحت مدل سازی اطمینان حاصل گردد. سپس با انجام مطالعهی پارامتری، اثر تحلیل احتمالاتی تغییر مدول الاستیسیته بر مقاومت برشی کمانشی تیرورقها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
- 2 مقاومت برشی کمانشی تیرورق سوراخ دار
مطالعه تیرورق های با جان نازک - یعنی تیرورقهای دارای جان با مقدار لاغری > 1 dw در محدوده - 200-350 - دارای سوراخ های دایرهای و مستطیلی شکل در مرکز جان از سال 1977 در دانشگاه کاردیف انجام شده است. نارایانو و راکی آزمایش بارگذاری نهایی را روی20 پانل دارای سوراخ دایرهای شکل انجام دادهاند
با استفاده از روش المان محدود، نارایانو و دراوانسین رفتار کمانش صفحات مربع و مستطیل را برای دو حالت شرایط تکیه گاهی زیر مطالعه کردهاند .
الف- هنگامی که تمام لبههای صفحه دارای تکیهگاه ساده است.
ب- هنگامی که تمام لبههای صفحه دارای تیکهگاه گیردار است.
آنها به این نتیجه رسیدند که رابطه بین ضریب کمانش K0 ، برای تیرورق با جان سوراخ شده به ارتفاع dw ، و قطر سوراخ D تقریباً خطی است. در رابطه زیر τcr تنش برشی بحرانی، v نسبت پواسون، tw ضخامت ورق جان و bw فاصله سخت کننده ها در تیرورق می باشد. برای صفحات با تکیه گاه ساده، K از معادله - 2 - تعیین میشود.
- 3 ابزار احتمالاتی نرم افزار ANSYS
در نرم افزار ANSYS ابتدا پارامترهای ورودی احتمالاتی برای تحلیل معرفی و سپس مدلسازی به صورت پارامتری انجام شده و مدل حل می شود. در ادامه مقادیر مورد نظر به عنوان خروجی در یک جدول برای نرم افزار تعریف می شود و سپس طراح وارد پردازشگر طراحی احتمالاتی نرم افزار ANSYS - PDS - می شود. در نرم افزار ANSYS در طراحی احتمالاتی پارامترهای ورودی احتمالی توسط توابع توزیع آماری مانند توزیع نرمال، معرفی شده و مساله براساس این نوع ورودی حل خواهد شد.
در این حالت مقدار متوسط و انحراف استاندارد از توزیع گوسی نرمال مطابق شکل - 1 - تعیین می شود.
شکل - - 1 - نمودار توزیع گوسی - نرمال -
سپس متغیر تصادفی خروجی برای نرم افزار تعیین می شود. مرحله بعد انتخاب روش طراحی احتمالی است که کاربر می تواند از روش های شبیه سازی مونت کارلو یا روش سطح پاسخ استفاده کرده یا به کمک ابزار WIZARD سریع ترین روش حل را برای مساله را پیدا کند، که ابتدا باید یک آنالیز به طور کامل انجام شود سپس از ابزار WIZARD استفاده کرد .
در این تحقیق از روش مونت کارلو استفاده شده است. با یک تعریف ساده، روش مونت کارلو عبارتست از شبیه سازی عددی با استفاده از نمونه برداری تصادفی از فضای پارامترهای نامعین. این روش بر مبنای تولید اعداد تصادفی بین صفر و یک، می باشد . پس از تولید اعداد تصادفی بین صفر و یک، نمونه های تصادفی از پارامتر های نامعین با توجه به توزیع احتمالی آنها تولید شده و سپس سیستم به ازای هر یک از نمونه های تولید شده شبیه سازی می شود . پس از آن می توان احتمال هر رویداد را با استفاده از روش های عددی به دست آورد .[4]
- 4 تحلیل یقین اندیشانه کمانش تیرورق با سوراخ دایره ای شکل
در ابتدا مدل به صورت یقین اندیشانه طراحی می شود که شکل - 2 - نشان دهنده هندسه سازه است . جزئیات
تیرهای نمونه
برای انجام تحلیل معین و احتمالاتی در جدول - 1 - ارائه شده است.
شکل - - 2 - نمای سه بعدی و شکل مقطع تیر نمونه
جدول -1 جزئیات تیر نمونه برای انجام تحلیل یقین اندیشانه و تحلیل احتمالاتی
