بخشی از مقاله
محاسبه فشار كمانش بدنه فشار زير دريايي با در نظر گرفتن اثر تغيير شكلهاي اوليه هندسي و پهناهاي مختلف آن، توسط نرم افزار ANSYS
چکیده:
مشاهدات تجربی نشان داده است، که فشارکمانش واقعی در پوستههای استوانهای تقویتشده تحت فشار خارجی کمتر از مقادیر متناظر تئوری است و دلیل اختلاف بـین نتـایج تئـوری و تجربـی بـه عقیده بسیاری از محققان وجود نواقص اولیه هندسی اسـت. کـه نـواقص اولیـه بـه معنـی انحـراف کوچکی از شکل مفروض اولیه سازه میباشد.]۱[
امروزه اگر بتوان شکل تغییرشکل اولیه را محاسبه کرد و یا تقریبی مناسب برای آن در نظر گرفت، میتوان با نرم افزارهای موجود تحلیلگر بار کمانش واقعی یا فشارهای بر روی یک پوسته استوانهای تغییرشکل داده را بدست آورد و به منظور طراحی دقیقتر این سازهها بکار برد.
به منظور ایجاد انحرافات اولیه بر اساس آزمایشات عملی که در این زمینه انجام شدهاست، پس از ترسیم مدل نمونه به کمک خود نرمافزار و المان بندی مناسب، با توجه به حالت کمانشیکه از مدل انتظار میرود بارگذاری اولیهای به سیستم اعمال میشود تا انحراف مورد نظر در پوسته ایجاد شود و سپس مسأله تحلیل کمانش میشود و در نهایت این بارگذاری در پهناهای مختلف خود بررسی میگردد.
آنچه در این مقاله به آن خواهیم پرداخت محاسبه فشارکمانش بدنه فشار زیردریایی با در نظرگرفتن اثر تغییرشکلهای اولیه هندسی و پهناهای مختلف آن، توسط نرم افزار ANSYS میباشد.
مقدمه:
یکــی از مــسائل مهــم در رفتــار مکــانیکی پوســتههــای اســتوانه ای ، موضــوع کمــانش آنهــا مــی باشد. اگر بـه یـک سـازه پوسـته ای ، نیـروی فـشاری وارد آیـد و بـه تـدریج بـر مقـدار ایـن نیـرو افزوده گردد ، موقعی خواهد رسید کـه بـه ازاﺀ مقـدار خاصـی از نیـرو در پوسـته تغییـر فـرم هـای قابـل ملاحظــهای پدیـد خواهــد آمـد و ســازه پوسـتهای حالــت اولیـه خــود را از دسـت مــیدهــد. ایــن وضــعیت کــه کمــانش پوســته نامیــده مــی شــود از نقطــه نظــر عملــی در طــرح و تحلیــل پوستهها حائز اهمیت است.]۲[
طراحی مخازن تحـت فـشار خـارجی کـه یکـی از کاربردهـای آن طراحـی بدنـه فـشار زیردریـایی مـی باشــد ، مــا را بــا مــسائلی کــاملاﹰ متفــاوت نــسبت بــه آنچــه در طراحـی مخــازن تحــت فــشار داخلی با آن رو بـه رو هـستیم ، درگیـر مـی کنـد. ایـن اخـتلاف در مـواردی کـه از نظـر کمـانش الاستیک و پلاسـتیک اهمیـت زیـادی پیـدا مـی کنـد رخ مـی دهـد. بنـابراین محاسـبات تنـشهای ناپایداری یک موضوع مهم در اینگونه مسائل است که پیچیدگی آنرا زیاد میکند.]۳[
قدیمی ترین حل هـای کلاسـیک مربـوط بـه کمـانش کلـی پوسـته تقویـت شـده بـا رینـگ تحـت فــشار هیدروســتاتیک توســط نــاش(۳۵۹۱) ، بــیجلارد (۷۵۹۱) ، گــالتلی (۸۵۹۱) ، بــاروچ و ســینگر (۳۶۹۱) ، کنــدریک(۰۷۹۱) و افــراد بــسیاری ارائــه گردیــد و ایــن حلهــا محــدود بــه شرایط خـاص مثـل شـرایط مـرزی ، تغییـرات ضـخامت ، انـدازه تقویـت کننـده هـا و فاصـله بـین آنها و امثالهم بود.
200
آنالیز کمانش خطی(مقدار ویژه):
در این روش، کمانش برای یک سازه الاستیک ایدهآل به صورت تئوری پیشبینی میشود و مقادیر ویژه برای سیستم اعمال بار و قیود اعمالی محاسبه میشود. این روش به آنالیز کلاسیک کمانش اولر مشهور است. به طور کلی میتوان گفت در این آنالیز، اعمال رفتارهای غیرخطی مجاز نیست.
زمانی که از تحلیل به روش اجزاﺀ محدود با کمک بستههای نرمافزاری استفاده میشود، باید از محدودیتهای این روش آگاه بود. به منظور پرهیز از اشتباه در حل لازم است به نکات زیر توجه داشت.]۴[
۱- دادههای ورودی درست، نظیر خواص فیزیکی و ابعاد.
۲- انتخاب مناسب نوع المانها.
۳- شکل و اندازه المان بعد از مشبندی.
۴- اعمال درست شرایط مرزی و بارگذاریها.
برای محاسبه فشارکمانش بدنه فشار زیردریایی با در نظرگرفتن اثرتغییرشکلهای اولیه هندسی و پهناهای مختلف آن، این تحلیل با روش اجزاﺀ محدود و به کمک نرمافزار ANSYS انجام گردید.
روش تحلیل کمانش خطی بوسیله نرم افزار ANSYS
به منظور ایجاد انحرافات اولیه و بر اساس آزمایشات عملی که در این زمینه انجام شدهاست، پس از ترسیم مدل نمونه به کمک خود نرمافزار و المان بندی مناسب(شکل۱)، با توجه به حالت کمانشیکه از مدل انتظار میرود بارگذاری اولیهای به سیستم اعمال میشود تا انحراف مورد نظر در پوسته ایجاد شود و سپس مسأله تحلیل کمانش میشود. در اعمال بارگذاری اولیه هدف، رسیدن به میزان انحراف اولیهای بود که از این بار ناشی میشود و در نتیجه برای پهناهای مختلف انحراف، از این بارگذاری استفاده گردید و نتایج با هم مقایسه گردید.
201
شرایط تکیهگاهی به صورت شرایط تکیهگاهی ساده در نظر گرفته میشود و بارگذاری اولیه پیش از تحلیل کمانش به صورت فشارخارجی و در جهت محیطی به صورتی است که شکل کمانش مورد نظر را ایجاد کند(شکل ۲).
مدل انتخاب شده بر اساس نمونه آزمایش شده در مرجع]۵[ میباشد.
در این مسأله با توجه به نتایج موجود، کمانش در n=3 رخ خواهد داد، بنابراین بارگذاری اولیه در سه جهت با فاصله محیطی ۰۲۱ درجه با پهناهای مختلف انجام گردید. سپس با بارگذاری هیدرواستاتیک بر روی کل پوسته، مسأله تحلیل کمانش خطی گردید. در شکل(۳) چند نمونه از حالات کمانش مشاهده میشود.
نتایج حل کمانش به روش اجزاﺀ محدود توسط نرمافزار ANSYS
همانطور که بیان گردید در بررسی فشارکمانش بدنه فشار زیردریایی با در نظرگرفتن اثرتغییرشکلهای اولیه هندسی و پهناهای مختلف آن، این تحلیل با روش اجزاﺀ محدود و به کمک نرمافزار ANSYS انجام گردید و نتایج آن به شرح زیر بدست آمد.(شکل ۴)
جدول(۱): نتایج تحلیل نرمافزاری فشار کمانش پوسته تقویت شده با انحرافات اولیه (N/mm2)
