بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در صنایع دریایی برای کاهش وزن شناورها از آلومینیم ا ستفاده می شود. این شناورها تحت تأثیر نیروهای فراوانی از جمله کوبش، موج و ...قرار دارند. در شناورها که از صفحات با تقویت کننده های مختلف ساخته شدهاند تنش نهایی در صفحات تحت بارگذاریهای خارجی و داخلی از جمله نیروهای امواج دریا بسیار مهم میباشد.
برای این منظور در این پژوهش با توجه به تحقیقات قبل اقدام به بدست آوردن معادلاتی برای محا سبه تنش نهایی گردید با این تفاوت که بر خلاف پژوهش های گذ شته در این پژوهش پروفیل جوش مدا سازی گردید. در پژوهش حا ضر از نرمافزار المان محدود انسیس برای مدلسازی 27 مدل المان محدود با سخت کننده های فلت - flat - مورد آزمایش شده در آزمایشگاه توسط دکتر پیک و از نرم افزار SPSS به منظور ا صلاح معادلات پارامتری ارائه شده تو سط دکتر پیک [1] برای محا سبه مقدار تنش نهایی مورد ا ستفاده قرار گرفت.
مقدمه
در سالهای اخیر استفاده از آلومینیمهای پرمقاوم در ساختمان، شناورهای تندرو و انواع دیگر سازههای در حال افزایش است. در صنایع دریایی از آلومینیم در بخشهای مختلف از جمله پنلهای کشتی مورد استفاده قرار میگیر. این پنلها با سخت کنندههای مختلف تقویت میشوند لذا تقویت کنندههای پنلهای ک شتی به طور معمول تحت بارهای ترکیبی از طرف شاه تیرها، مخ صو صا بار ف شار محوری قرار میگیرند که باعث کمانش یا حتی تسلیم قسمتهای از پنلها میگردند. این امر باعث اختلال در امر سرویسدهی سازه در طول عمر مفید خود میگردد. کمانش و گسیختگی در - شکل - 1 نمونهای از این پوستههای صفحهای تقویت شده با سخت کنندهها و در - شکل - 2 انواع مختلف سختکننده مورد استفاده در شناورها نشان داده شده است.
شکل -1 پوسته های صفحه ای تقویت شده با سخت کننده
شکل -2 انواع سختکننده های مورد استفاده در شناورها
مرور پیشینه
در این بخش به برر سی تحقیقهای که در گذ شته بر روی اتّ صالات و شناورها انجام گرفته ا ست، میپردازیم. از جمله مطالعات انجام شده بر روی اتّصالات و شناورها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
ماهندران و همکاران [2] - به برر سی مقاومت در صفحات دارای باز شو پرداختند. - ، لاتوری و هرینگ تن [3] - با ا ستفاده از نرمافزار اجزای محدود ان سیس به برر سی ا ستفاده از فریمهای معلّق در شناور دو بدنه ای کاتاماران پرداختند. نتیجه مهم این پژوهش این بود که ا ستفاده از فریم ثابت و معلّق به صورت یکی در میان بلامانع میباشد.
پیک و همکاران [4] - به تحلیل تغییر شکلهای الاستو-پلاستیک صفحات جوششده آلومینیمی و فلزی تحت بارگذاری ترکیبی خمش دو محوره داخل صفحه و بارگذاری فشاری از کنارهها پرداختند.
فریک [5] - به ارزیابی تنش بحرانی در اتّ صالات مختلف جو شی پرداختند به طوری که نوع المان برای مدلسازی اتّصالات جو شی نیز بیان شده ا ست
پیک و ثایامبالی [6] - به بررسی آزمایشگاهی مقاومت فشاری نهایی دینامیکی در صفحات کشتیها پرداختند.
ریگو و همکاران [7] - تحلیل حساسیت بر روی مقاومت نهایی صفحات تقویت شده را مورد بررسی قرار دادند
فریک و دورک [8] - به بررسی خستگی اطراف جوش گوشه سختکنندهها و پای براکتها پرداختهاند. - ، پیک و همکاران [9] - مطالعاتی درباره روش طراحی مقاومت فشاری نهایی صفحات تقویت شده با سختکنندهها انجام دادند
پیک و لی [10] - به تحلیل تغییر شکلهای الا ستو-پلا ستیک سختکنندهها تحت بارگذاری ترکیبی ف شار و ک شش دومحوره، خمش دو محوره داخل صفحه، نیروی برشی در لبهها و بارگذاری فشاری از کناره ها پرداختند.
چنگ [11] - به بررسی تنشهای پسماند و تأثیر برش مورّب در جوش لب به لب با آلیاژ آلومینیم قابل حرارت پرداخته است. با توّجه به پژوهش وی، برای کاهش تنشهای پسماند لازم است که مقدار برش در اتّصال به طور مناسب انجام شود
لی و همکاران [12] - با شبیه سازی اجرای محدود جوش ورقهای آلومینیم 5052 به روش تاگوچی به مطالعه اثرات حرارت و سرعت جوشکاری بر روی تنش پسماند پرداختند. - ، جامز و همکاران [13] - مطالعاتی در باره تنشها و کرنشهای پسماند در جوش لب به لب ورقهای آلومینیمی 5083 با جوشکاری به روش میگ انجام دادند
لی و همکاران [14] - به بررسی مقاومت نهایی صفحات لچکی در کشتیها پرداختند. در این بررسی از المان SHELL181 که یک المان 4 گرهای با 6 درجه آزادی در هر گره میباشد استفاده شد.
بهزادی و همکاران [15] - برر سی و مقای سه فریمهای ثابت و معلّق در طراحی سازه شناورهای تندرو با ا ستفاده از نرمافزار المان محدود ان سیس از المان پو ستهایشِل - Shell - پرداختند. در این پژوهش به این نتیجه رسیدند که تنش ماکزیمم در قابهای معلق ساده بیشتر از تنش مجاز میباشد
زبردست و رحیمی [16] - به بررسی نحوه سبک سازی سازه سوپراتراکچر شناور لندینگ کرافت با استفاده از نرمافزار المان محدود انسیس از المان پوستهای شِل پرداختند. - ، کریمنیا و ستاریفر [17] - به برر سی اثر تنشهای پسماند ناشی از جوش محیطی دو ا ستوانه جدارنازک از جنس آلومینیم سری 5000 در نرمافزار اجزای محدود آباکوس پرداختند. برای این که اثر عوامل مختلف هندسی، متغیرهای فرآیند و خواص مکانیکی فلز پایه برروی بیشینه تنشهای پسماند محیطی و محوری را به توان بررسی کرد از روش طراحی تاگوچی استفاده شده است. - .
صحت سنجی کمانش
برای شروع کار ابتدا باید از صحت انجام مراحل مدلسازی اطمینان حاصل کرد. برای این منظور ابتدا نتایج نمونههای اجزای محدود ساخته شده با دادههای به دست آمده از بررسیهای آزمایشگاهی مقایسه گردید. نمونههای انتخاب شده، مدلهای انجمن کشتی سازی [18] میباشند. در - شکل - 3 نمونه صحتسنجی نشان داده شده است. المان مورد استفاده المانشِل میباشد
شکل -3 نمونه صحت سنجی
با توجّه به مشخّصات داده شده در انجمن کشتی سازی ، در نرمافزار اجزای محدود انسیس نمونهها ساخته و بر اساس بارگذاری ذکر شده در انجمن کشتی سازی ، تحت بارگذاری قرار گرفتند.
نمونههای 1، 2، 3 و 4 تحت بارگذاری فشاری از کنارهها برای صحت سنجی استفاده شده است. تحت شرایط مرزی، نحوه اعمال بار نحوه و تحلیل غیر خطّی طبق انجمن ک شتی سازی انجام گرفته ا ست. در ادامه با شکل مقدار تنش ون میزز آورده شده ا ست. در انتهای هر شکل جدولی برای میزان اختلاف بین نمونه بارگذاری شده در نرمافزار المان محدود ان سیس با نمونه بارگذاری شده در انجمن ک شتی سازی آورده شده ا ست. تغییر شکلها واقعی نیستند. برای درک بهتر میزان تغییر شکل هر یک با ضریبی بزرگنمایی شدهاند. اعداد به دست آمده بعد از تحلیل به شرح زیر میباشند، فقط نمونه یک در اینجا ارائه شده است:
- شکل - 4 و - شکل - 5 مقدار تنش ون میزز و نحوه تغییر شکل مدلهای 1در نرمافزار المان محدود انسیس و انجمن کشتی سازی آورده شده است. - جدول - 1 مقدار اختلاف نمونههای 1در نرمافزار المان محدود انسیس با نمونه انجمن کشتی سازی آورده شده است.
شکل -4 مقدار تنش ون میزز و نحوه تغییر شکل مدل 1 در مراحل 30 و 50 در انجمن کشتی سازی
شکل -5 مقدار تنش ون میزز و نحوه تغییر شکل مدل 1 در مراحل 30 و 50 در نرمافزار المان محدود انسیس
جدول -1 مقدار اختلاف نمونه 1 در نرم افزار المان محدود انسیس با نمونه انجمن کشتی سازی
جرئیات مدلسازی المان محدود
در این پژوهش از نرم افزار اجزای محدود انسیس با المان Solid95 که یک المان 20 گرهی با 3 درجه آزادی در هر گره میباشد استفاده گردید. در این پژوهش برای طرّاحی جوش از آییننامه [19] AWS D1.1 و ضوابط ارائه شده در [20] IIW-XV-E استفاده شده است که در - شکل - 6 شکل جوش و مشخّصات جوش نشان داده شده است.
برای مشبندی، اتّصال به چندین قسمت مختلف تقسیمبندی شد تا به توان قسمتهای مختلف با خصوصیّتهای مختلف را به درستی تعریف کرد مخصوصاً خود جوش و قسمت محیطی جوش که برای برونیابی استفاده میشود.
