تحلیل ‌نظری و تجربی پس‌کمانش حرارتی ستونها

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

• حامد باقریان
• حمید اختراعی طوسی

دانشگاه فردوسی مشهد

10.22067/fum-mech.v26i2.44710

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

---

عنوان مقاله [English]

Theoretical and Experimental Thermal Post Buckling Analysis of Columns

نویسندگان [English]

• H. Bagherian
• H. Ekhteraee Tousi

Ferdowsi University of Mashhad

چکیده [English]

Many of the mechanical structures are employed in high temperature conditions. Any variation of temperature may cause considerable side effects such as the creation of thermal stress or deformation. When a structure is composed of slender members such as beams or columns, one of the main problems concerning the rise of temperature is the incidence of thermal buckling. The continuing rise of temperature beyond the onset of thermal buckling level, continually affects the dominant forces and deformations. To study the post buckling phenomenon, following the introduction of different small deformation methods of thermal buckling analysis, a through large deformation scheme is developed to analyze the buckling of a simply supported column. For the case of large deformation analysis the validity of the results is evaluated by comparing with the results obtained by using of the small deformation theory, the linear and nonlinear simulations of ABAQUS software as well as the experimental data. The results characterize the deflection of a beam with uniformly distributed load by different solution techniques as well as the effect of temperature on the mid span deflection of a post buckled beam. Based on the obtained results, the validity of different methods is evaluated.

کلیدواژه‌ها [English]

• Large Deformation
• Post- Thermal Buckling
• Differential Quadrature Method
• ABAQUS

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).