بررسی پارامتریک ظرفیت باربری محوری ستون های استوانه ای در حضور آسیب از نوع قرشدگی

Abstract

وجود نقص های سازه ای می تواند ظرفیت باربری اعضای فشاری را تا حد زیادی کاهش دهد. این نقص ها می توانند از نوع ترک، خوردگی، سوراخ شدگی و یا فرورفتگی سطح صاف عضو به دلیل برخورد یک جسم خارجی ایجاد شوند. به عنوان مثال اعضای استوانه ای سکوهای دریایی یا پایه ی پل ها و ساختمان ها که عمدتا تحت بارهای محوری می باشند ممکن است حین پهلوگیری کشتی ها و یا توسط وسایل نقلیه ی سنگین که در حال حرکت هستند دچار آسیب شوند. وجود نقص های یاد شده در اعضای محوری با مقطع دایره ای می تواند باعث بروز خرابی زود هنگام این المان های سازه ای به دلیل کمانش موضعی و در ادامه کمانش کلی عضو گردد. لذا می‌بایست ظرفیت باربری محوری و اثرات مخرب آسیب وارده پیش‌بینی شده و تاثیر پارامترهای هندسی و مکانیکی فرورفتگی های ایجاد شده در اثر برخوردهای احتمالی بر نوع شکست عضو بررسی شود. در این مطالعه جهت بررسی ظرفیت باربری محوری ستون های استوانه ای یاد شده با بهره‌گیری از روش اجزای محدود، ستون های استوانه ای در اثر آسیب وارده از سوی یک جسم کروی قرار گرفته و تاثیر عوامل مختلف به صورت پارامتریک مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی از نرم افزار آباکوس استفاده شده و مدل های عددی با استفاده از نتایج تست محوری یک استوانه ی جدارنازک صحت سنجی شده اند. پارامترهای مورد بررسی شامل: عمق آسیب، لاغری جداره ی استوانه، محل آسیب، طول عضو محوری و شعاع جسم برخورد کننده می باشد. با توجه به نتایج تحلیل های انجام شده، عمق آسیب و لاغری جداره ی استوانه، پارامترهای تاثیرگذار بر ظرفیت کمانشی استوانه های آسیب دیده تحت بار محوری می باشند. بر همین اساس، با افزایش عمق آسیب و لاغری جداره ی استوانه مقدار بار کمانش نمونه کاهش می یابد. این در حالی است که شکل کمانش یافته نمونه‌های با عمق آسیب و لاغری جداره ی متفاوت عمدتا مشابه هم بوده و تفاوت چندانی با هم ندارند. رفتار پس کمانشی این اعضا متاثر از لاغری جداره ی استوانه، محل آسیب و طول عضو می باشد. به طوری که با افزایش لاغری جداره ی استوانه و طول عضو و همچنین نزدیک تر شدن محل آسیب به تکیه گاه، ظرفیت پس کمانشی نمونه کاهش می یابد. همچنین با نزدیک تر شدن محل آسیب به تکیه گاه، حلقه ی کمانش در نزدیکی تکیه گاه دورتر حذف و کل تغییرشکل ها در سمت تکیه گاه نزدیک متمرکز می شود که زوال مقاومت بیشتر را در پی دارد. شعاع جسم برخورد کننده تاثیری بر ظرفیت کمانشی یا رفتار پس کمانشی نمونه ندارد. برای نمونه های آسیب دیده توسط اجسام با شعاع متفاوت ولی عمق آسیب مشابه، تفاوت موجود در پروفیل آسیب بسیار اندک می باشد که همان تفاوت نیز طی روند افزایش تغییرشکل ها و بروز کمانش حذف شده و تغییرشکل نهایی نمونه ها مشابه هم می گردد. در پایان، با برازش روابطی به نتایج بدست آمده از بررسی تاثیر هر پارامتر، روابطی برای تعیین ظرفیت کمانشی و ظرفیت پسماند (ظرفیت عضو در دو برابر تغییرشکل متناظر کمانش) اعضای محوری یاد شده ارائه شده است. بر اساس بررسی های به عمل آمده، دقت روابط ارائه شده مناسب بوده و می توان از این روابط در روند طراحی یا ارزیابی ثانویه ی نمونه های آسیب دیده استفاده نمود.