بخشی از مقاله
چکیده:
طراحی روسازی های آسفالتی معمولا مبتنی بر روش های تجربی یا نیمه تجربی و بر اساس آنالیز سیستم چند لایه ای الاستیک صورت می پذیرد . تحقیقات صورت گرفته موید این مطلب است که تحلیل روسازی های انعطاف پذیر بر اساس رفتار الاستیک خطی جواب های قابل قبول و نزدیک تری به نتایج آزمایشگاهی و میدانی نشان می دهد . موضوع حایز اهمیت دیگر در طراحی روسازی های انعطاف پذیر شکل بارگذاری و سطح تماس لاستیک وسیله نقلیه است که به لحاظ انعطاف پذیر بودن روسازی های آسفالتی در نتایج تحلیل های تئوریک تاثیر قابل ملاحظه ای خواهد داشت .
در این مقا له ضمن بررسی تاثیر ضخامت لایه آسفالتی بر تنش ها و تغییر شکل های ایجاد شده در لایه های روسازی و کل سیستم روسازی تاثیر شکل بارگذاری لاستیک وسایل نقلیه بر این تنش و کرنش ها سنجیده شده و مناسب ترین شکل بارگذاری لاستیک وسایل نقلیه بر این تنش و کرنش ها سنجیده شده و مناسب ترین شکل بارگذاری لاستیک وسیله نقلیه معرفی می گردد.
بدین منظور با لحاظ کردن چهار ضخامت لایه آسفالتی 50 و 80 و 100 و 120 میلیمتر بر روی لایه های اساس و زیر اساس با ضخامت هرکدام 200 میلیمتر و در نظر گرفتن چهارشکل بارگذاری مربعی و دایره ای و بیضوی و یک حالت ترکیبی از مربعی و دایره ای که در این مقاله بارگذاری واقعی نامیده می شود اقدام به تحلیل روسازی با نرم افزار اجزا محدود CATIA 5- 6R2014 کرده و نتایج را با نتایج بدست آمده از آزمایش میدانی با دستگاه LFWD مقایسه می کنیم تا مناسب ترین شکل بارگذاری تعیین شود.[1]
1- 1 مقدمه:
تحلیل روسازی ها مسئله مهمی است که امروز با توجه به گسترش صنعت ساختمان و راهسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های متفاوتی برای تحلیل روسازی ها تا به امروز ارائه شده اند و هر کدام به نوبه خود دارای نقاط قوت و ضعفی هستند. دو روش عمده اصلی در تحلیل این مسائل منطق تئوری لایه ای و تئوری اجزاء محدود می باشد . بدیهی است که استفاده از هر کدام از روش ها ملزم به رعایت فرضیات اولیه و شرایط خاص حاکم بر آن روش خواهد بود .
تحلیل سازه ای روسازی نسبت به زمانی که مطالعات اولیه بوسینسک صورت گرفت توسعه زیادی یافته و پیشرفت قابل ملاحظه ای داشته است .تئوری بوسینسک یک مدل جند لایه ای الاستیک بر اساس مطالعات Burmister و Schiffman ارایه می دهد . روش بر مسیتر برای حل لایه ای با توجه بیشتر بررسی شود و جزئیات بیشتری از الگوریتم ریاضی آن ارائه گردد .در روش بر مسیتر برای پیدا کردن تنش ها و تغییر شکل ها در محیط لایه ای خاک و با فرض نیمه بودن محیط و وجود تقارن محوری، یک تابع تنش انتخاب شده و با در نظر گرفتن شرایط پیوستگی و شرایط مرزی معادلات دیفرانسیل حاصله حل شده و پاسخ های مورد نیاز به دست می آید.
این تئوری در گذشته از کاربرد وسیعی در تحلیل روسازی برخوردار بوده و مبنای نرم افزارهای تحلیلی مختلفی از جمله BISAR قرار گرفته است. با انجام مطالعات میدانی و آزمایشگاهی مختلف و توسعه تئوری های تحلیل روسازی و روش های جدید تحلیل سازه روز به روز مشکلات روش های مبتنی بر تئوری بوسینسک را نمایان تر ساخت. از طرفی ساخت دستگاه های پیشرفته ای نظیر FWD و LFWD به منظور سنجش رفتار واقعی روسازی های آسفالتی تحت بارگذاری وسایل نقلیه نیز کمک قابل ملاحظه ای در توسعه و پیشرفت روش های تئوری تحلیل روسازی داشته و نتایج بدست آمده از تحلیل این دستگاه های آزمایش میدانی به عنوان شاخصی جهت توسعه روش های تئوری مختلف و معیاری برای کالیبره کردن پارامترها و تعریف سایر مشخصات این روش ها شده است
اخیرا نیز استفاده از روش های اجزا محدود به عنوان یک روش کم خطا و دقیق و سازگار با شرایط متنوع لایه های نختلف روسازی و اشکال گوناگون بارگذاری توسعه یافته و منشا پیشرفت های قابل توجهی در تحلیل روسازی شده است.
روش اجزاء محدود یا روش المان محدود - به انگلیسی: - Finite Element Method که به اختصار - FEM - نامیده میشود، روشی است عددی برای حل تقریبی معادلات دیفرانسیل جزئی و نیز حل معادلههای انتگرالی. - کاربرد عملی اجزای محدود معمولا با نام تحلیل اجزا محدود - FEA - خوانده میشود - اساس کار این روش حذف کامل معادلات دیفرانسیل یا ساده سازی آنها به معادلات دیفرانسیل معمولی، که با روشهای عددی مانند اویلر حل میشوند، میباشد.
در حل معادلات دیفرانسیل جزئی مسئله مهم این است که به معادله ساده ای که از نظر عددی پایداراست -به این معنا که خطا در دادههای اولیه و در حین حل به حدی نباشد که به نتایج نامفهوم منتهی شود- برسیم. روشهایی با مزایا و معایب مختلف برای این امر وجود دارد، که روش اجزاء محدود یکی از بهترین آنهاست. این روش درحل معادلات دیفرانسیل جزئی روی دامنههای پیچیده - مانند وسایل نقلیه و لولههای انتقال نفت - ، یا هنگامی که دامنه متغیر است، یا وقتی که دقت بالا در همه جای دامنه الزامی نیست و یا اگر نتایج همبستگی و یکنواختی کافی را ندارند، بسیار مفید می باشد.
به عنوان مثال در شبیه سازی یک تصادف در قسمت جلوی خودرو، نیازی به دقت بالای نتایج در عقب خودرو نیست. همچنین در شبیه سازی و پیش بینی هوا روی کره زمین، هوای روی خشکی اهمیت بیشتری نسبت به هوای روی دریا دارد. تقسیم ناحیه به نواحی کوچکتر دارای مزایای زیادی است از جمله: نمایش دقیق هندسه پیچیده، گنجایش ویژگی های متفاوت جسم، درک ویژگی های موضعی جسم.
پیدایش روش اجزاء محدود به حل مسائل پیچیده الاستیسیته و تحلیل سازهها در مهندسی عمران و هوا فضا برمیگردد. این روش حاصل کار الکساندرهرنیکوف - 1941 - و ریچارد کورانت - 1942 - میباشد.با این که روش کار این دو دانشمند کاملاٌ متفاوت بود، اما یک ویژگی مشترک داشت: تقسیم یک دامنه پیوسته - ماده - به یک سری زیردامنه - قطعات کوچکتر ماده - به نام المان - اجزاء - . در این مقاله از نرم افزار CATIA 5- 6R2014 به منظور تحلیل روسازی با روش اجزا محدود و تعریف المان های سه بعدی 8 نقطه ای و با روش الاستیک خطی استفاده شده است.
نرم افزار CATIA - کتیا - یکی از قوی ترین و محبوب ترین نرم افزار هایی است که در زمینه طراحی، مهندسی و ساخت با کمک کامپیوتر - CAD/CAM/CAE - می باشد و بیشتر به منظور کمک به مهندسین در فرآیند های طراحی صنعتی طراحی شده است.
CATIA یک محیط کاری یکپارچه را برای کاربران فراهم می کند تا با پرورش خلاقیت و نوآوری، به اشتراک گذاشتن دانش فنی در فرآیندها، برقراری ارتباط مستقیم بین طرح سه بعدی مجازی و محصول واقعی، کاهش حلقه های طراحی و ساخت و ... بسیار سریع تر و راحت تر قادر باشند به هدف خود در دستیابی به یک طرح سه بعدی واقع گرایانه از محصول مورد نظر نایل شوند. توسط CATIA قادر خواهید بود تا یکپارچگی مناسب، کامل و قدرتمندی بین منابع انسانی، ابزارها، روش ها و منابع های طراحی، مهندسی و ساخت در یک فرآیند کامل را ایجاد کنید و این گونه شاهد نتایجی مانند کاهش زمان طراحی، کاهش خطا در طراحی، بهینه کردن طرح کاهش زمان تولید، افزایش کیفیت محصول و افزایش سود دهی باشید.
-3پیشینه تحقیق:
از زمانیکه تنش و کرنش و شرایط مختلف لایه های روسازی در پیش بینی شکست و گسیختگی روسازی مورد استفاده قرار گرفت نیاز به ملاحظه رفتار مصالح مختلف روسازی در محدوده غیرخطی بیشتر نمایان شد.بنابراین تحقیقات مختلفی بر روی انتخاب مد و قالب رفتاری مناسب جهت لایه های مختلف روسازی صورت گرفته و رفتار سازه در محدوده های الاستیک خطی و غیرخطی و الاستو-پلاستیک و ... مورد بررسی قرار گرفته است.تحقیقات صورت گرفته توسط Geraint Lacey and et all با نرم افزار ANSYS و مقایسه نتایج آن با آزمایش های میدانی نشان می دهد که نتایج میدانی تحلیل رفتار سازه به صورت الاستیک خطی را مناسب دانسته اما لحاظ کردن رفتار سازه در محدوده الاستو پلاستیک را مناسب تر می داند.
شکل - 1 - نتایج مطالعات [2]Geraint Lacey and et all
همچنین تحقیقات صورت گرفته توسط آقای دکتر شفابخش و همکاران با نرم افزار ABAQUS و مقایسه نتایج آن با آزمایش های میدانی نشان می دهد که نتایج میدانی تطبیق مناسبی با نتایج تحلیل الاستیک خطی دارند.اگرچه در محدوده الاستو پلاستیک تطبیق بیشتری بین نتایج تحلیل تئوریک و نتایج میدانی مشاهده می شود.
