توضیحات

پروژه شبیه سازی اتصالات تیر-ستون فولادی تحت بارگذاری سیکلی یا چرخه ای در نرم افزار آباکوس(ABAQUS)

اتصالات در سازه ها:

اتصالات بخش مهمی از هر سازه را تشکیل می دهند و محتاطانه تر از اعضا نیز طراحی می شوند چرا که تحلیل آنها پیچیده تر از اعضا بوده و تفاوت میان رفتار واقعی و تئوریک آنها بیشتر می باشد. به علاوه تحت بارهای سنگین و پیش بینی نشده، خرابی یک عضو به تسلیم اتصال که چندین عضو را تحت تأثیر قرار می دهد، ترجیح داده می شود. اتصالات بخش عمده ای از هزینه ساخت سازه فلزی را به خود اختصاص می دهند، بنابراین طراحی و جزئیات آنها دارای اهمیت بسیاری در اقتصادی بودن سازه است. اتصالات در سازه ها، اعضاء و قسمت های مختلف سازه را به هم متصل کرده و نیروها را بین این اعضا منتقل می کند. یک اتصال هم مشابه با سایر قسمت های سازه در هنگام انتقال نیرو از خود تغییرشکل نشان می دهد. درواقع ناحیة اتصال به مجموعه ای از دو یا چندعضو متصل شونده و اجزایی که آنها را به یکدیگر متصل می کنند اطلاق می شود. معمولاً پیچیدگی بیشتر ناحیة اتصال و ترکیب پیچیده تر از نیروها در این ناحیه باعث می شود تحلیل آن مشکل تر شود. به همین دلیل این ناحیه دارای اهمیت زیادی در سازه می باشد و ضعف و ناپایداری در آن باعث ایجاد مشکلات زیادی در سازه می شود. اتصالات را می توان به گونه های مختلفی دسته بندی کرد. از نظر مصالح تشکیل دهنده و اعضا متصل شونده می توان اتصالات در سازه های ساختمانی معمولی را به دسته های فولادی، بتنی و مختلط دسته بندی کرد. همچنین می توان اتصالات را از لحاظ درجه گیرداری به اتصالات گیردار، نیمه گیردار و ساده تقسیم بندی کرد.

معرفی نرم افزار المان محدود آباکوس( ABAQUS):

نرم افزار آباکوس( ABAQUS) در سال ۱۹۷۸ توسط شرکت ABAQUS یکی از شرکت های فعال در عرصه نرم افزارهای المان محدود تولید شد. این شرکت در سال ۲۰۰۵ توسط شرکت Dassault Systemes خریداری و با آن ادغام شد و به شرکت SIMULIA تغییر نام داد. از آن پس محصولات این شرکت شامل نرم افزارهای ABAQUS و CATIA با نام تجاری SIMULIA عرضه می شود. نرم افزار ABAQUS یکی از نرم افزارهای قدرتمند المان محدود است که توانایی شبیه سازی مصائح مختلف همچون فولاد، بتن، خاک و غیره را دارا می باشد. این نرم افزار دارای قابلیت اضافه کردن زیر برنامه های جدید را به کاربران می دهد. این نرم افزار دارای سه محصول ABAQUS/Standard، ABAQUS/Explicit و ABAQUS/CAE می باشد.

نرم افزار آباکوس( ABAQUS) از جمله نرم افزاری های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود در بازار است. نرم افزار ABAQUS قابلیت حل مسائل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدل سازی غیرخطی را دارا می باشد. این نرم افزار دارای مجموعه المان های بسیار گسترده ای می باشد که هر نوع هندسه ای را می توان توسط این المان ها مدل کرد. همچنین دارای مدل های رفتاری بسیار زیادی است که در مدل سازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک ها، پلیمرها، کامپوزیت ها، بتن مسلح، فوم های فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می سازد. نظر به اینکه نرم افزار ABAQUS یک ابزار مدل سازی عمومی و گسترده می باشد، استفاده از آن تنها محدود به تحلیل مسائل مکانیک جامدات یعنی مسئله تنش-کرنش نمی شود. با استفاده از این نرم افزار می توان مسائل مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال جرم، تحلیل حرارتی اجزاء الکتریکی، اکوستیک، تراوش و پیزو الکتریک را مورد مطالعه قرار داد.

نرم افزار ABAQUS باوجود اینکه مجموعه قابلیت های بسیار گسترده ای را در استفاده از نرم افزار در اختیار کاربر قرار می دهد، کار نسبتاً ساده ای می باشد. پیچیده ترین مسائل را می توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسائل شامل بیش از یک جزء را می توان با ایجاد مدل هندسی هر جزء و سپس نسبت داده رفتار ماده مربوطه به هر جزء و سپس مونتاژ اجزاء مختلف مدل کرد. در اغلب مدل سازی ها، حتی مدل های با درجه غیرخطی بالا، کاربر می بایست تنها داده های مهندسی نظیر هندسه مسئله رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بارگذاری آن مسئله را تعیین کند. نرم افزار ABAQUS در یک تحلیل غیرخطی، به طور اتوماتیک میزان نمو بار و رواداری های همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آنها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می کند. در نتیجه کاربر به ندرت می بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مسئله را تعیین کند.

روش اجزا محدود یک روش عددی پذیرفته شده برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسائل فیزیکی و مهندسی و پایه محاسبات بسیاری از سیستم های CAD است. در گذشته روش های عددی بیشتر جنبه نظری داشته و در موارد محدود مورد استفاده قرار می گرفتند، ولی امروزه با رشد سریع علوم مربوط به کامپیوتر و به وجود آمدن ابر پرازنده ها، روش های عددی مانند روش اجزا محدود، موجبات تحولی عظیم در عرصه های مختلف علوم مهندسی را فراهم آورده اند، به گونه ای که امروزه کدهای تجاری اجزا محدود به صورت گسترده در پروسه های تحلیل و طراحی به کار می روند. در روش اجزا محدود مدل مورد بررسی به المان های ریز تقسیم شده و معادلات برای این المان ها بر اساس توابع شکلی که برای آنها تعریف می شود، حل می شوند. روش اجزا محدود به دو زیر مجموعه تقسیم می شود، در روش اول مدل به المان های گسسته، برای تعیین جابه جایی ها و نیروهای اعضا در یک آنالیز سازهای تقسیم می شود. فرمول بندی روش اول بر پایه آنالیز ماتریسی است، اما روش دوم که یک روش اجزا محدود واقعی است بر پایه تقریب پارامترهای مطلوب در نقاط خاصی به نام گره استوار است. روش اجزا محدود در حل مسایل خطی و غیرخطی سازه های دو یا سه بعدی کاربرد گسترده ای دارد.

تحلیل غیرخطی نیز که یکی از شاخه های این روش می باشد، به دلیل وجود مشخصه های رفتار غیرخطی در تیرهای بتن مسلح، راه حل مناسبی جهت تحلیل رفتار این قبیل سازه ها است. زیرا عموما در اعضای بتن مسلح بروز ترک های کششی، وجود تنش های چند محوره فشاری در بتن و تسلیم آرماتورهای برشی یا تسلیم آرماتورهای کششی اصلی موجب رفتار غیر خطی می گردد. توسعه روزافزون صنعت و هزینه های قابل توجه طراحی و تست قطعات و مجموعه های طراحان را بر آن داشته تا هزینه های جاری را کاهش دهند و طراحی های با قابلیت اطمینان بالاتر ارائه نمایند. از این رو گرایش مهندسین به نرم افزارهای شبیه ساز افزایش یافته است. از مزایای این نرم افزارها کاهش زمان طراحی و ساخت به همراه ارائه دیدگاه شبه تجربی است. مجموعه ای از برنامه های شبیه ساز قدرتمند مهندسی است که بر پایه روش اجزا محدود بناABAQUS  نهاده شده است و می تواند مسایلی با طیف گسترده، از یک تحلیل خطی نسبتا ساده تا تحلیل های غیرخطی بسیار پیچیده را حل کند. این نرم افزار شامل کتابخانه گسترده ای از المان ها است که می تواند هر نوع هندسه  ای را به صورت مجازی مدل سازی کند. در این برنامه لیست گسترده ای از مدل های رفتار ماده وجود دارد که می تواند رفتار اغلب مصالح مهندسی مانند فلزات، لاستیک، پلیمرها، کامپوزیت ها، بتن مسلح، فوم های شکننده و حتی مصالح ژئوتکنیکی مثل خاک و سنگ را شبیه سازی نماید. ABAQUS شامل قسمت هایی است که در هر کدام، بخشی از اطلاعات مربوط به مدل سازی وارد می گردد که از جمله آنها می توان به بخش تعریف هندسه، تعریف خصوصیات ماده و مش بندی اشاره نمود.

بخش های Abaqus:

نرم افزار ABAQUS/CAE به محیط های ده گانه ای تقسیم شده است. این محیط ها عبارتند از :

محیط Part: در این محیط کار مدلسازی هندسی قطعات انجام می گیرد.

محیط Property: در این محیط کار تعریف خصوصیات مواد مورد تحلیل، تعریف پروفیل سطح مقطع، نسبت دادن خواص تعریف شده به قطعات و … انجام می گیرد.

محیط Assembly: در این محیط کار مونتاژ قطعات مختلف در صورت وجود در یک تحلیل انجام می گیرد. درواقع موقعیت هندسی قطعات را کاربر تعیین می کند.

محیط Step: در این محیط گام های حل مساله انتخاب می شوند. در اینجا است که کاربر نوع حلگر را نیز مشخص می کند.

محیط Interaction: در این محیط خاصیت فیزیکی تماس بین سطوح تعیین می شود.

محیط Load: در این محیط بارگذاری و شرایط مرزی تعیین می گردد.

محیط Mesh: در این محیط کار آلمان بندی مدل انجام می شود.

محیط Job: در این محیط با تعریف یک job کاربر شروع حل مسئله را به پردازشگر اعلام می کند.

محیط Visualization: در این محیط کاربر نتایج حل را مشاهده می کند.

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی اتصالات تیر-ستون فولادی تحت بارگذاری سیکلی یا چرخه ای در نرم افزار آباکوس(ABAQUS) انجام شده است.

مدل سازی اتصالات تیر-ستون فولادی:

شبکه و مش بندی:

نمونه نتایج شبیه سازی: