بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله هدف طراحی و تحلیل سازههای چند سطحی به روش Simple Structural Surface - SSS - میباشد. در ابتدا به بررسی روش مذکور ، اصول و نحوه استفاده از آن همراه با سادهسازیهایی که جهت تحلیل سازههای مختلف انجام میشود، پرداخته شده و سازههای مختلفی به وسیله روش فوق تحلیل میشود.در این مقاله جهت سازههای مختلف بدنه از جمله خودرو ون و نفربر تحلیل نیرویی به روش سطوح ساده شده انجام شده است و نهایتا به وسیله نرم افزار المان محدود آباکوس مدل هر بدنه طراحی شده سپس خواص کلیه سطوح اعمال میگردد و در نهایت تحت بارگذاری مفروض و شرایط مرزی مناسب و مش بندی قرار گرفته و تحلیل میشود.
تابع هدف در این مقاله محاسبه جریان برشی بر روی لبههای هر ورق که در واقع محل اتصال صفحات به صورت اتصال جوش به یکدیگر میباشد است. بنابراین مقادیر جریانهای برشی در لبهها به روش SSS محاسبه شده و نهایتا با مقادیر به دست آمده از طریق نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده است.نتایج به دست آمده از تحلیل سازههای مختلف نشان داد که مقادیر جریانهای برشی به دست آمده از طریق روش سطوح ساده شده - SSS - ، با نتایج به دست آمده از تحلیل به روش المان محدود با اختلاف جزئی برابر میباشد.
کلمات کلیدی: سازههای چند سطحی ، خودرو ون ، نفربر ، المان محدود ، شرایط مرزی.
-1 مقدمه
استفاده از روش SSS جهت مدلسازی یک سازه و همچنین نشان دادن ساختار به صورت صفحات مسطح مفید میباشد. روش SSS به عنوان یکی از روشهای جایگزین طراحی اصلی بوده و تحت عنوان طراحی مفهومی مورد بررسی قرار میگیرد. طراحی اولیه ساختار و اجزای اصلی را میتوان به وسیله این روش تعیین کرد. از روشهای المان محدود میتوان جهت طراحیهای اصلی برای رسیدن به جزئیات دقیقتر و افزایش دقت تحلیل سازه استفاده نمود.روش سطوح ساده شده SSS از تکرار بررسی به وسیله FEM جلوگیری میکند.تعیین نیروهای وارده بر روی اعضای اصلی ساختار یک سازه یکپارچه - جداییناپذیر - به وسیله این روش قابل تعیین است. در این مقاله با استفاده از روش سطوح ساده شده، بارهای وارده به وسیله نمایش دقیق عناصر اصلی در ساختارهای بدنه خودرو ون و نفربر تعیین میشود و در نتیجه تنش به وسیله معادلات استاتیکی ساده شده به دست میآید. - جهت یافتن مقدار بارهای موجود بر روی خطوط جوش در لبهها به کار میرود. -
-2 روش ساده سازی سطوح
راه کارهای بسیاری برای مدلسازی یک سازه و یا ساختار وسایل نقلیه به منظور تعیین بارها و تنشهای وارد بر سازه وجود دارد. قبل از بررسی مدلهای پیچیده ، بهتر است جهت درک مسیرهای بارگذاری اصلی در درون ساختار، از مدلهای سادهتر استفاده شود و لذا ساختار سطوح ساده شده SSS یکی از پرکاربردترین روشها میباشد که توسط Pawlowski در سال 1964 گسترش یافت. [1]روش ساده سازی سطوح به عنوان یک روش ابتدایی برای بررسی کلان استحکام ، خستگی و تحمل انواع بارهای وارد به اجزاء بدنه با استفاده از روابط استاتیکی ، بکار میرود. از این روش میتوان برای صحهگذاری اجمالی نتایج روش المان محدود استفاده کرد. به دلیل تنوع در شکل سازههای چند سطحی و وجود قطعات متعدد، تحلیل سازه در این روش باید با ساده سازیهایی همراه گردد.
در مقایسه با تجزیه و تحلیل المان محدود - - FEA، تجزیه و تحلیل به روش ساختار سطوح ساده شده - SSS - نسبتا آسانتر میباشد. این روش ممکن است به عنوان گام اولیه قبل از انجام FEM ، به ویژه جهت بررسی مسیرهای قابل بارگذاری استفاده شود.این روش بر اساس این ایده که سازه بدنههای مختلف را میتوان به صورت تقریبی توسط زیر مجموعهها یا اجزایی که صفحات سطوح به وسیله آنها تشکیل شده، به وجود آمده است و بایستی صفحات سطوح توسط نیروهایی که در اثر بارهای وارده به سازه به وجود میآیند در حالت تعادل باشند. هانسن در سال 1996 از روش ساده سازی سطوح جهت تخمین بارهای اعمال شده بر لبههای اطراف قاب و به منظور تعیین تنشها و تغییر شکل استفاده نمود. [2]
براون و روبرتسون در سال 2002 نیروهای وارده بر روی اعضای اصلی یک سازه یکپارچه را به وسیله این روش مورد بررسی قرار دادند و با استفاده از نمایش دقیق عناصر اصلی ساختار، به وسیله معادلات استاتیکی ساده شده ، بارها و تنشهای وارده بر ساختار فوق را تعیین نمودند. [3]این روش پیش از تکامل روش المان محدود به عنوان یک شیوه متداول بکار گرفته میشد. اسمیت با استفاده از روش سادهسازی سطوح، بدنه خودرو سدان را تحلیل نمود. [4]استیون تبی در سال 2012 در مقاله خود از روش سطوح ساده شده جهت بررسی مسیرهای مجاز بارگذاری وسایل نقلیه استفاده نمود و برای تایید این کار از روش المان محدود بهره برد. [5]
روش ساختار سطوح ساده شده برای دو مورد بارگذاری اصلی خمش و پیچش به کار گرفته میشود. نیروهای به دست آمده در تک تک اعضا به وسیله این روش را میتوان جهت تعیین تنشها و تغییر شکلها در موقعیتهای محلی استفاده کرد. در این روش بدنه به المانهای بزرگ تجزیه شده و بارها و تنشهای وارده بر این المانها از طریق روابط تعادل استاتیک و مقاومت مصالح بدست میآید. لازم به ذکر است که در ساختار سطوح منحنی شکل به خاطر طراحی پیشرفتهتر آن و الزامات آیرودینامیکی موجود، با درنظر گرفتن یک تقریب ، به صورت یک سطح صاف درنظر گرفته میشود. بخشهای دارای صلبیت کافی، میتوانند توسط روش سادهسازی سطوح مدل شوند. [6]
-1-2 مبنای تئوری روش سطوح ساده شده [3]
در روش ساده سازی سطوح ، المان به صورت سطح ، صفحه یا زیر مجموعهای است که به صورت تخت در نظر گرفته میشود. شکل1 نمونه ای از المان سطح را نشان میدهد که در آن طول المان - a - و ارتفاع آن - b - در مقایسه با ضخامت المان - t - ، بسیار بزرگ میباشند.با در نظر گرفتن دستگاه مختصات نشان داده شده برای این المان ، گشتاور دوم سطح از روابط زیر حاصل میشود.
شکل - - 1 المان سطح ساده شده را به صورت هندسی نشان میدهد.با توجه به اینکه t بسیار کوچک است، گشتاورهای دوم سطح و در مقایسه با بسیار کوچک خواهند بود. ≫ - - & بنابراین المان سطح قادر است در مقابل گشتاور خمشی پیرامون محور مقاومت کند، اما مقاومت بسیار پایینی در ارتباط با گشتاورهای وارده پیرامون محورهای X و Z دارد.
المان در مقابل نیروهای وارده در راستای محورهای X و Z مقاومت میکند اما بارهای وارده در راستای محور y باعث خمش حول محورهای X و Z خواهند شد. بدین ترتیب عملا در تحلیل از نیروی و گشتاورهای خمشی و چشم پوشی میگردد. درصورتیکه بارهای اعمالی به سازه به گونهای باشد که نیرویی و یا مولفهای از آن عمود بر یک عضو SSS اعمال گردد، در این صورت جهت تحلیل ورقها ، بایستی طرح کلی سازه را به گونهای طراحی نمود که عضو یا اعضایی در محل اعمال این بار قرار داده شود بطوریکه بتوان آن بار مورد نظر را تحمل نماید.
در شکل2 نمونههایی از اجزاء قابل مدلسازی به روش ساده سازی سطوح نشان داده شده است. در تمامی موارد یاد شده، تنها نیروهای برشی لبهای درون صفحهای 1 و 2 قابل تحمل میباشند.
