بخشی از مقاله
چکیده
بررسی و تحلیل تأثیرات شرایط محیطی بر عملکرد سازههاي هوافضایی به دلیل اثرات مخربی که میتواند قبل و بعد از پرتاب بر سازه داشته باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله ابتدا دادههاي مربوط به سرعت وزش باد در یک منطقه آبوهوایی در طول یک سال گردآوري شده و بهترین توزیع برازش شده به آنها تعیین میگردد. سپس به کمک روش انتقال پراکندگی1 و محاسبات احتمالی، توزیع بار وارد بر استوانه مبناي ماهوارهبر با هندسه معلوم به دست میآید.
از سوي دیگر با در نظر گرفتن توزیع به دست آمده از نتایج تستهاي استحکامی ورقهاي بکار رفته در استوانه، تابع توزیع استحکام استوانه در برابر مد تسلیم استخراج میشود. پس از آن، برآوردي از قابلیت اطمینان سازه مورد بررسی به کمک سه روشFORM، تئوري تداخل استحکام- بار و شبیهسازي مونت کارلو به دست میآید.
واژه هاي کلیدياستوانه مبناي ماهوارهبر، توزیع احتمالی بارگذاري، توزیع احتمال استحکام، تحلیل قابلیت اطمینان.
مقدمه
در نظر گرفتن ماهیت تصادفی در طراحی سیستمهاي مهندسی بسیار با اهمیت است. در رویکردهاي سنتی با بکارگیري طراحی قطعی2، از ضرایب ایمنی جهت جلوگیري از خرابیهاي پیشبینی نشدهاي که به دلیل وجود تغییرپذیري در دادهها رخ میدهد، استفاده میشد .در نتیجه، در این رویکرد به دست آوردن مقدار کمی قابلیت اطمینان یعنی احتمال اینکه سازه با شکست روبهرو شود، ممکن نبود.
از سوي دیگر، در رویکرد نسبتاً جدید طراحی احتمالاتی، به دست آوردن برآوردي از قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن تغییرپذیري تصادفی دادهها امکانپذیر است. به دلایلی چون غیر قابل پیشبینی بودن شرایط بارگذاري، عدم توانایی در بیان دقیق خواص مواد، سادهسازي در مدلسازي رفتار سازه، خطاهاي انسانی و ...، تضمینی براي رسیدن به قابلیت اطمینان %100 وجود ندارد. با این حال، طراحی مناسب میتواند سبب افزایش قابلیت اطمینان تا یک سطح مشخصی گردد.
در این مقاله، قابلیت اطمینان استوانه مبناي ماهوارهبر با وجود بارگذاري ناشی از وزش باد مورد تحلیل قرار میگیرد. بر این اساس ابتدا به کمک روش انتقال پراکندگی، دادههاي آماري مربوط به سرعت وزش باد در یک سال در یک منطقه جغرافیایی به توزیع احتمالی بار معادل محوري اعمال شده بر استوانه مبنا تبدیل می گردد. سپس با استفاده از نتایج تستهاي استحکام ورقهاي بکار رفته در استوانه و بکارگیري روش انتقال پراکندگی، تابع توزیع احتمال استحکام استوانه در برابر مد تسلیم تعیین میشود.
در نهایت برآوردي از احتمال خرابی و قابلیت اطمینان متناظر سازه مورد بررسی با سه روش شناخته شده FORM، تئوري تداخل استحکام بار و شبیهسازي مونت کارلو به دست آمده و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه میگردد. تحلیل نیرویی ناشی از وزش باد توزیع سرعت وزش باد بر سازه هوافضایی بدست میآید. نمایشی از سازه ماهوارهبر به همراه موقعیت استوانه مبناي مورد بررسی و نیروهاي اثرگذار بر آن - شامل نیروي معادل ناشی از وزش باد و نیروي وزن - را نمایش میدهد. نیروي ناشی از وزن نیروي ناشی از باد ،استوانه مبناي ماهوارهبر است.
موقعیت استوانه مبناي ماهوارهبر و نمایش نیروهاي اثرگذار بر آن
تحلیل آماري سرعت باد در این قسمت به تحلیل دادههاي بدست آمده از سرعت باد با استفاده از یک رویکرد آماري پرداخته میشود. براي این منظور 8729 مشاهده موجود مورد بررسی قرار گرفته است. در گام اول نمودار هیستوگرام ترسیم که آورده شده است. با توجه به اینکه براي یافتن نیروي وارد بر سازه، به توزیع U x2 نیاز داریم، با به توان 2 رساندن هر داده، بهترین توزیع دادهها تعیین شده که نتیجه حاصل یک تابع توزیع نرمال با میانگین 62.6 و انحراف معیار 61.9 با مربع خطایی برابر با 0.04703 میباشد.
تعیین بار معادل محوري
تحلیل استحکام استوانه در این قسمت به تحلیل استحکام استوانه مبناي مورد بررسی با استفاده از نتایج تستهاي استحکامی ورقهاي پوسته استوانه پرداخته میشود. براي این منظور 39 داده تستی را بررسی و بهترین توزیع حاکم بر آنها را تعیین نمودیم که نتیجه حاصل توزیع نرمالی با میانگین 327.032 و انحراف معیار 6.189 میباشد.
نمودار نرمال دادهها در تست نرمال بودن
همانگونه که در شکل 4 مشاهده میشود، مقدار P-value در آزمون نرمال بودن برابر 0.243 است که از سطح معناداري آلفا - که معمولاً برابر 0.05 در نظر گرفته میشود - بیشتر است. لذا میتوان گفت که دلیل کافی براي رد این فرض که دادهها از توزیع نرمال پیروي می کنند، وجود ندارد. پس از یافتن توزیع استحکام ورقهاي استفاده شده در استوانه، می بایست استحکام خود استوانه تعیین شود. براي این منظور میدانیم که است که در آن استحکام استوانه در برابر مد تسلیم، r شعاع استوانه، t ضخامت معادل استوانه و σy تنش تسلیم ورقهاي پوسته استوانه میباشد. لذا با توجه به ضخامت 4.5 میلیمتري ورقهاي پوسته استوانه و قطر 2.1 متر و توزیع نرمال به دست آمده براي تنش تسلیم ورقها، استحکام استوانه بر حسب تن بدین صورت به دست میآید.
تخمین قابلیت اطمینان سازه
در این قسمت با توجه به تابع توزیع احتمال به دست آمده براي بار وارده بر استوانه ماهوارهبر ناشی از وزن و وزش باد و تابع توزیع استحکام استوانه - که در قسمتهاي قبل تعیین شدند - ، به محاسبه قابلیت اطمینان میپردازیم. بدین منظور از سه روش شناخته شده FORM، تئوري تداخل استحکام- بار و شبیهسازي مونتکارلو استفاده مینماییم که در ادامه هر یک به طور جداگانه مورد بحث قرار میگیرند.
