فرامطالعه

تحلیل ساختاری

تحلیل ساختاری ، تحلیل سازه فرآیند محاسبه و تعیین اثرات بارها و نیروهای داخلی بر یک سازه، ساختمان یا شی است. تجزیه و تحلیل سازه به ویژه برای مهندسان سازه مهم است تا اطمینان حاصل کنند که مسیرهای بار و تأثیر بارها بر طراحی مهندسی خود را کاملاً درک می کنند. این به مهندسان یا طراحان اجازه می دهد تا اطمینان حاصل کنند که یک قطعه از تجهیزات یا سازه برای استفاده تحت بارهای تخمینی که انتظار می رود تحمل کند، ایمن است. تحلیل سازه می تواند در حین طراحی، آزمایش یا پس از ساخت انجام شود و به طور کلی مصالح مورد استفاده، هندسه سازه و بارهای اعمال شده را در نظر می گیرد.

تحلیل سازه ای معمولاً به تک تک عناصر ساختاری و نیروهایی که متحمل می شوند نگاه می کند. یک مهندس سازه به نتایج تحلیل سازه برای تیرها، دال ها، کابل ها و دیوارها نگاه می کند. همه این عناصر دارای نیروهایی مانند بارهای باد، بارهای مرده (مانند وزن خود) و بارهای زنده (مانند افراد یا وسایل نقلیه) هستند. بنابراین برای مهندس مهم است که نحوه رفتار هر یک از این عناصر تحت این بارها را بررسی کند. این تمرکز اصلی تحلیل ساختاری است.

تحلیل ساختاری
تحلیل ساختاری – تزیسمی

فهرست مطالب

تحلیل ساختاری چیست؟

روش تحلیل ساختاری، روشی است که برای تحلیل روابط بین متغیرها خصوصا در سیستم های گسترده و دارای ابعاد متعدد بکار می رود. پتانسیل این روش در استفاده از داده های کیفی در کنار داده های کمی، سبب شده که این روش تبدیل به یکی از روشهای پرکاربرد در آینده پژوهی شود.

انواع تحلیل سازه چیست؟

چندین نوع مختلف تحلیل ساختاری را می توان برای تطبیق با نیازهای پروژه خاص انجام داد. روش های زیر نحوه انجام تحلیل ساختاری است:

1. محاسبات دستی

محاسبات ساده دستی یک گزینه بسیار سریع و ساده برای ارزیابی اثرات مختلف نیروهای ساده بر سازه های ساده ارائه می دهد. یک سناریوی ممکن محاسبه نیروهای لنگر خمشی روی یک تیر افقی است. این محاسبات ساده یک روش استاندارد است که اغلب در بخش مهندسی عمران دیده می شود. برای مهندسانی مناسب است که ترجیح می‌دهند مدت زمان طولانی را صرف طراحی نکنند، اما می‌خواهند همچنان نیروهای خشنی را که یک تیر در اثر بارهای وارده در معرض آن قرار می‌گیرد، تعیین کنند.

2. تحلیل المان محدود

تحلیل المان محدود یک روش عددی بسیار پیچیده‌تر است که می‌تواند به مهندسان در حل مسائل پیچیده با ورودی‌های متغیر مختلف مانند بارهای اعمال شده، شرایط مرزی و انواع پشتیبانی کمک کند. تحلیل المان محدود ممکن است پیچیده تر باشد اما در مقایسه با محاسبات دستی بسیار دقیق تر است. این روش مستلزم آن است که ساختار به بخش های کوچکتر تقسیم شود تا به صورت جداگانه ارزیابی شود تا برآورد دقیق تری از راه حل بدست آید. این ممکن است یک فرآیند وقت گیر باشد که همچنین ممکن است مسائل مختلفی را برای پیاده سازی و اجرا ایجاد کند. معمول است که یک مدل تجزیه و تحلیل المان محدود شامل ماتریس هایی از هزاران ورودی است که به طور قطع از طریق محاسبات انسانی قابل انجام نیستند.

3. نرم افزار تحلیل و طراحی سازه

یک نرم افزار تحلیل و طراحی ساختاری مجموعه ای دقیق از محاسبات را بدون تمام مراحل پیچیده انجام می دهد. این نرم افزار مهندسان را قادر می سازد تا اثرات لحظه ها، بارهای نقطه ای و بارهای توزیع شده را بر روی یک طرح یا سازه ارزیابی کنند. این روش نتایج بی‌نظیری ارائه می‌دهد و رایج‌ترین تحلیل برای ارزیابی یک سازه با زمان محاسبه کم و دقت بالا است. برخی از اشکالات رایج بسیاری از نرم افزارهای استاندارد شامل گران بودن یا غیرقابل دسترس بودن نرم افزار است. با این حال، با نرم‌افزار سازه‌ای ASDIP، تلاش می‌کنیم تا چنین معایبی را کاملاً از بین ببریم تا یک گزینه تحلیل و طراحی ساختاری مقرون‌به‌صرفه را به شما ارائه دهیم که به راحتی در هر سیستم عامل ویندوز قابل دسترسی باشد.

برنامه مهندسی سازه ASDIP مجموعه ای از ماژول های مختلف را ارائه می دهد که نیازهای خاص رشته های مختلف مهندسی عمران و سازه را برآورده می کند. این نرم افزار دارای یک رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند است که استفاده از آن برای طراحی و محاسبات صرفه جویی در زمان ساده است.

تحلیل ساختاری باید شامل چه مواردی باشد؟

. با توجه به صلبیت سازه.
. رعایت مقررات منطقه ای که پروژه در آن ساخته می شود و همچنین مقرراتی که ممکن است در مورد استفاده از مصالح خاص اعمال شود.
. حاوی محاسبات عددی و نمودارها برای طراحی و متعاقبا اجرای کار.
. گردآوری الزامات ضروری برای اجرای پروژه.
. همراه با نقشه های دقیق کار، و همچنین اطلاعات و دستورالعمل های استفاده و نگهداری، از جمله مواد و تجهیزات و سیستم ها.
. از جمله تجزیه و تحلیل عمیق محاسبات کاربردی، با در نظر گرفتن عوامل متعدد: ویژگی های زمین، دوره استفاده مورد انتظار از زیرساخت، تغییرات احتمالی در پایه های ساختمانی، حوادث ناشی از عوامل خارجی مانند باران یا زلزله، محاسبه مقاومت ها، و … دیگران.

هنگام انجام تحلیل سازه به چه عناصری توجه می شود؟

به طور کلی، تحلیل ساختاری باید شامل خلاصه ای از موارد زیر باشد:

1. گزارش تجزیه و تحلیل:
. نیروهای افقی
. بارهای عمودی و اضافه بار.
. استرس مجاز
. نشانه هایی از شرایط دیوار جداکننده و پیش بینی ها.
2. پلان سازه ها:
. بخش های عمومی
. جزئیات ساخت و ساز.
. طبقات فونداسیون، سازماندهی گروه های طبقات و مشخصات هر طبقه.
. مشخصات فنی.
. جزئیات درزهای انبساط.

تحلیل ساختاری
تحلیل ساختاری – تزیسمی

در تحلیل سازه چه محاسباتی انجام می شود؟

در پروژه طراحی و ساخت یک سایت مهندسی عمران، محاسبات زیر برای اطمینان از پایداری سازه و همچنین ایمنی آن در استفاده انجام می شود:

. محاسبات تنش – یعنی محاسبات ناشی از واکنشی که در یک سازه زمانی که باری به همان اندازه به آن وارد می شود و در جهت مخالف اعمال می شود، رخ می دهد.
. محاسبه لنگرهای خمشی – یعنی نیرویی که باعث خم شدن قسمتی از سازه با وارد شدن نیرویی در فاصله معینی به آن می شود و باعث تغییر شکل می شود.
. محاسبات بار و فشار باد.
. محاسبه تنش برشی – یعنی زمانی که نیرویی به صورت موازی یا مماس بر سطح وارد می شود و باعث پیچش در بخشی از سازه می شود.
. محاسبه حرکات لرزه ای

تحلیل سازه های مدرن

با توسعه محاسبات مدرن، مهندسان و طراحان روش های تحلیل سازه را به طور منظم تری در کارهای روزمره خود پیاده می کنند. آن‌ها می‌توانند از FEA اختصاصی یا نرم‌افزار تحلیل ساختاری برای کاهش تعداد نمونه‌های اولیه فیزیکی مورد نیاز برای آزمایش در سطح قطعه یا مونتاژ استفاده کنند. یک کامپیوتر اکنون تمام مجموعه معادلات ریاضی و مجهولات را کنترل می کند. این به مهندسان اجازه می دهد تا محاسبات سریع انجام دهند و سریعتر به تصمیمات طراحی برسند.

تحلیل ساختاری Cloud-Native

فناوری جدید موانع را صاف کرده است. اکنون شبیه‌سازی تحلیل ساختاری واقعاً از طریق هر مرورگر وب با استفاده از قدرت محاسبات ابری قابل دسترسی است. مهندسان می توانند چندین طرح را به صورت موازی و نتایج شبیه سازی پس از فرآیند به صورت آنلاین اجرا کنند. SimScale نرم افزار تحلیل ساختاری را مستقیماً در مرورگر وب شما ارائه می دهد. SimScale شبیه سازی مهندسی را به راحتی در هر صنعتی قابل دسترسی و واقعاً مقیاس پذیر با استفاده از زیرساخت محاسبات ابری برتر می کند.

انواع تحلیل سازه

همانطور که بحث شد، چندین نوع تحلیل ساختاری وجود دارد. بر اساس نوع کاربرد، می توان از تحلیل ساختاری برای حل مسائل مختلف استفاده کرد. این می تواند یک تحلیل استاتیکی خطی ساده یا غیر خطی پیچیده تر باشد.

بیایید با مرور انواع تحلیل های زیر به نمونه های مختلف تحلیل سازه نگاهی بیندازیم.

تجزیه و تحلیل استاتیکی

نوع تحلیل استاتیکی امکان محاسبه مستقل از زمان جابجایی ها، تنش ها و کرنش ها در یک یا چند جزء جامد را فراهم می کند. نتایج حاصل محدودیت ها و بارهای اعمال شده، به عنوان مثال، یاتاقان ها، گرانش، نیروها و غیره است.

نتایج مهندسین را قادر می‌سازد تا ارزیابی کنند که آیا جزء مورد نظر به شیوه‌ای نامطلوب تغییر شکل می‌دهد. به درک اینکه آیا یک حالت استرس بحرانی رخ می دهد که تهدید و خطر شکست را ایجاد می کند کمک خواهد کرد. برای دریافت ایده ای از نمونه تحلیل سازه ایستا، می توانید نمونه فلنج پیچ شده زیر را بررسی کنید.

تجزیه و تحلیل دینامیک

نوع تحلیل دینامیکی امکان محاسبه وابسته به زمان جابجایی ها و تنش ها/کرنش ها را در یک یا چند جزء جامد فراهم می کند. با مقایسه آن با یک تحلیل استاتیک ساده، اکنون به دلیل این واقعیت که اثرات اینرسی نیز از طریق تغییر در زمان در نظر گرفته می شود، متفاوت است.

نتایج به مهندسان این امکان را می‌دهد تا مراحل زمانی منفرد و همچنین عملکرد دینامیکی را به عنوان تابعی از زمان تجزیه و تحلیل کنند. مشابه تحلیل استاتیکی، کفایت مدل با توجه به حداکثر تنش‌ها و تغییر شکل‌های مجاز را می‌توان در طول زمان ارزیابی کرد. آزمون افت و ارزیابی تاثیر نمونه های مشخصی از تحلیل ساختاری پویا هستند.

آنالیز ترمومکانیکی

تجزیه و تحلیل ترمومکانیکی هنگام تلاش برای محاسبه رفتار حرارتی و ساختاری ترکیبی یک جزء یا مجموعه مفید است. در واقع در محاسبه تنش های جسم جامد ناشی از بارهای حرارتی و ساختاری ترکیبی مفید است. محاسبه نتایج حرارتی و ساختاری متوالی است. فرآیند معمولاً با یک مرحله حرارتی شروع می شود که سپس به عنوان ورودی یک مرحله ساختاری متوالی عمل می کند. اساساً ترکیبی از تحلیل حرارتی و ساختاری است.

مطالعه شوک حرارتی قطعات، مانند شمع یا شیر گلوب، شامل نمونه‌های کاربردی ترمومکانیکی معمولی است.

فرکانس و تجزیه و تحلیل هارمونیک

نوع شبیه‌سازی تحلیل فرکانس امکان محاسبه فرکانس‌های طبیعی (بدون تحریک بار خارجی) (فرکانس‌های ویژه) نوسان سازه را می‌دهد. همچنین امکان محاسبه اشکال حالت نوسان مربوطه (حالت های ویژه) را فراهم می کند. فرکانس های حاصل و حالت های تغییر شکل به هندسه و توزیع مواد بستگی دارد.

نتایج تجزیه و تحلیل فرکانس به ارزیابی صلبیت کلی سازه و درک فرکانس های “خطرناک” که ممکن است منجر به تشدید شوند کمک می کند. چنین نتایجی ورودی ارزشمندی برای مطالعات لرزه‌ای، مطالعات بارگذاری باد یا مطالعات ارتعاش هستند. یک مثال کاملا رایج، مطالعات ارتعاش تجهیزات الکترونیکی مانند این ماژول باتری خودروی الکتریکی (EV) است.

تجزیه و تحلیل فرکانس اغلب اولین گام برای تجزیه و تحلیل هارمونیک بعدی است. تجزیه و تحلیل هارمونیک مهندسان را قادر می سازد تا پاسخ ساختاری حالت پایدار جامدات برانگیخته شده توسط بارهای دوره ای (سینوسی) را شبیه سازی کنند. این کاملاً شبیه به یک تحلیل دینامیکی است که در آن اثرات اینرسی در نظر گرفته می شود، اما از این نظر متفاوت است که اکنون نتایج دیگر وابسته به زمان نیستند بلکه وابسته به فرکانس هستند. به عبارت دیگر، تجزیه و تحلیل هارمونیک محاسبه پاسخ یک سازه تحت نیروهای ارتعاشی یا جابجایی در یک طیف فرکانسی تعریف شده را ممکن می سازد. چنین مطالعاتی می تواند اثرات میرایی را نیز در نظر بگیرد.

مورد ماژول باتری EV که در بالا ذکر شد، نمونه خوبی از شبیه سازی ترکیبی فرکانس و تحلیل هارمونیک برای تجهیزات الکترونیکی است.

یک دیدگاه ثبت کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *