تحلیل ‌نظری و تجربی پس‌کمانش حرارتی ستونها

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 10، دوره 26، شماره 2 - شماره پیاپی 12، شهریور 1394، صفحه 129-140   

نوع مقاله: مقاله کوتاه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v26i2.44710

نویسندگان

حامد باقریان؛ حمید اختراعی طوسی^*

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

بسیاری از سازه‌های مکانیکی در محیط‌هایی با اختلاف دمای زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. تغییر دما، تنش‌ها و تغییرشکل‌های قابل ‌ملاحظه‌ای ایجاد می‌کند. در مواردی که سازۀ مکانیکی از عناصر لاغر یا به‌ عبارتی از تیرها تشکیل شده باشد، یکی از مشکلات عمدۀ ناشی از افزایش دما، وقوع پدیدۀ کمانش حرارتی خواهد بود. تداوم افزایش دما پس از وقوع کمانش، همچنان تنش و تغییرشکل‌های حاکم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در راستای مطالعۀ آثار پس از کمانش حرارتی، ضمن معرفی روش‌ تحلیل پس‌کمانش حرارتی براساس نظریۀ تغییرشکل کوچک تیرها، شیوۀ تحلیل یک تیر دوسرمفصل هنگام افزایش دمای یکنواخت و در حضور بار عرضی گسترده با استفاده از رویکرد تغییرشکل بزرگ معرفی می‌شود. اعتبار نتایج حاصل از روش تغییرشکل بزرگ توسط مقایسۀ نتایج با روش‌هایی چون تغییرشکل کوچک، مدل‌سازی خطی و غیرخطی در محیط نرم‌افزار آباکوس (ABAQUS) و آزمایش تجربی ارزیابی می‌گردد. در این راستا ضمن معرفی ساختار طراحی شده برای انجام آزمایش، نتایج حاصل از مقایسۀ تحلیل پس‌کمانش طبق نظریۀ تغییرشکل بزرگ با سایر روش‌های تحلیلی و تجربی ارائه می‌گردد. نمودارهای توزیع تغییرمکان عرضی تیر تحت مقادیر متفاوت بار به‌روش‌های مختلف و نیز نمودارهای تأثیر دما بر تغییرمکان میانۀ تیر معرفی می‌گردد. پس از جمع‌بندی نتایج در مورد شیوۀ مناسب تحلیل، اظهار نظر می‌شود.

کلیدواژه‌ها

تغییر شکل بزرگ؛ پس کمانش حرارتی؛ روش اختلاف تربیعی؛ نرم‌افزار آباکوس

مراجع

1. Raju, K.K. and Rao, G.V., "Thermal post-buckling of thin simply supported orthotropic square plate", Computers and Structures, Vol. 12, pp. 149-154, (1989).

2. Raju, K.K. and Rao, G.V., "Finite element analysis of thermal post-buckling of tapered columns", Computers and Structures, Vol. 19(4), pp. 617-620, (1984).

3. Gauss, R.C. and Antman, S.S., "Large thermal buckling of non-uniform beam and plates", International Journal of Solids and Structures, Vol. 20(11), pp. 979–1000, (1984).

4. Li, S.R., Cheng, C.J. and Zhou, Y.H., "Thermal post-buckling of an elastic beam subjected to a transversely non-uniform temperature rising", Applied Mathematics and Mechanics (English edition), Vol. 24(5), pp. 514-520, (2003).

5. Kocatürk, T. and Akbas, S.D., "Post-buckling analysis of a simply supported beam under uniform thermal loading", Scientific Research and Essays, Vol. 6(4), pp. 1135-1142, (2011).

6. Vaz, M.A., Cyrino, J.C.R. and Neves, A.C., "Initial thermo-mechanical post-buckling of beams with temperature-dependent physical properties", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 45(3), pp. 256–262, (2010).

7. Hodges, D.H., "Proper definition of curvature in nonlinear beam kinematics", AIAA Journal, Vol. 22, pp. 1825-1827, (1984).

8. Hinnant, H.E. and Hodges, D.H., "Nonlinear analysis of a cantilever beam", AIAA Journal, Vol. 26, pp. 1421-1727, (1988).

9. Monasa, F. and Lewis G. "Large deflections of cantilever beams of nonlinear materials", International Journal of Computers and Structures, Vol. 14(5), pp. 357-360, (1981).

10. Wang, C.Y., "Large deflection of an inclined cantilever with an end load", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 16(2), pp. 155-164, (1981).

11. Lewis, G. and Monasa, F., "Large deflection of cantilever beam of non-linear materials of the Ludwick type subjected to an end moment", Journal of Non-Linear Mechanics, 17(1), pp. 1-6, (1982).

12. Byoung, K.L., Wilson, J.F. and Oh, S.J., "Elastica of cantilevered beams with variable cross sections", International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 28(5), pp. 579-589, (1993).

13. Baker, G., "On the large deflection of non-prismatic cantilevers with a finite depth", Computers and Structures, Vol. 46(2), pp. 365-370, (1993).

14. Saha, G. and Banu, S., "Buckling load of a beam-column for different end conditions using multi-segment integration technique", ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 2, pp. 27-33, (2007).

15. Hu, Y.J., Yang, J. and Kitipornchai, S., "Pull-in analysis of electrostatically actuated curved micro-beams with large deformation", Smart Material and Structures, Vol. 19, pp. 1- 9, (2010).

16. Beer, F.P., Johnston, E.R. and DeWolf, J.T., "Strength of Materials, 3rd Edition", McGraw Hill, USA, (2002).