تحلیل تیر سه بعدی با آباکوس

” تیر” یکی از سازه‌های بسیار پرکاربرد در حوزه علوم مهندسی به شمار می‌رود که وظیفه اصلی آن تحمل تنش‌های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است. از نقطه نظر مصالح می‌توان تیرها را در سه گروه عمده فولادی، بتنی و چوبی و از زاویه شرایط تکیه‌گاهی در سه گروه اصلی تیر دوسرگیردار، تیر ساده و تیر طره (یکسر درگیر) تقسیم‌بندی کرد.

با توجه به پرکاربرد بودن موضوع، تصمیم گرفتیم تا در اولین پست از مجموعه مثال‌های کاربردی نرم‌افزار Abaqus به سراغ تحلیل سه بعدی یک تیر برویم. اگر مجموعه مطالب آموزشی سایت را دنبال کرده باشید، متوجه شده‌اید که راه‌های گوناگونی برای تحلیل اجزای محدود یک تیر وجود دارد. پیشتر و در بخش معرفی جهت برای یک المان تیر (تعریف Beam orientation در آباکوس)، شما را با یکی از این روش‌های متداول آشنا کردیم. همراه شدن با ما در ادامه این آموزش، بر دانش شبیه‌سازی شما در خصوص این سازه خواهد افزود.

تذکر: در تاریخ 5 آذر 95 پستی تحت عنوان ” آموزش آباکوس مهندسی عمران” در سایت قرار گرفت که دلیل انتخاب آباکوس در مهندسی عمران، اصول مسائل مهندسی عمران در آباکوس، آموزش تحلیل مسائل سازه، ژئوتکنیک، تیرها، ستون‌ها و انواع اتصالات جوش (Weld) در آباکوس ویژه مهندسی عمران مورد بحث قرار گرفته است.

شرح مسئله تحلیل تیر سه بعدی در آباکوس:

تیری فولادی با مدول یانگ 200 گیگاپاسکال، نسبت پواسون 0.3 و سطح مقطع T شکل را در نظر بگیرید که تحت بار عمودی قرار گرفته است. چنانچه تنش تسلیم سازه 400 مگاپاسکال در نظر گرفته شود، کانتور تنش را در این تیر بدست آورید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک – عمران
• ◄ پیش‌نیازها: نحوه تعیین پارامترهای خروجی تحلیل؛ ترسیم نمودار خروجی در آباکوس

حل مسئله تحلیل تیر سه بعدی با آباکوس:

مدل‌سازی تیر سه بعدی و تعیین خواص مکانیکی

با توجه به تأکید در مدل‌سازی سه بعدی تیر مورد نظر، از ماژول Part گزینه 3D و Deformable را انتخاب کرده و به ایجاد ترسیمه مطابق با ابعاد شکل فوق بپردازید. سپس مطابق شکل زیر، طول تیر را برابر با 1.5 متر در نظر بگیرید.

در ادامه، جهت وارد کردن خواص مکانیکی و تعریف سطح مقطع مورد نظر به ماژول Property رفته و مطابق با تصاویر زیر عمل کنید.

با اختصاص دادن سطح مقطع تعریف شده به تیر مورد نظر، کار در ماژول Property خاتمه می‌یابد.

مونتاژ تیر و تعیین گام زمانی حل در آباکوس

سپس، در محیط Assembly نسبت به مونتاژ قطعه اقدام کرده و برای ایجاد مراحل تحلیل وارد ماژول Step شوید. از آنجایی که بارگذاری مورد نظر استاتیکی است (شناخت بارگذاری استاتیک، شبه‌استاتیک و دینامیک)، گزینه Static را در بخش پایین انتخاب می‌کنیم و در ادامه، Nlgeom را به On تغییر می‌دهیم تا نرم‌افزار اجازه تغییر شکل‌های بزرگ را بدهد (Nlgeom در آباکوس چیست؟).

در زبانه Incrementation  نیز مقادیر Initial و Maximum در گام‌های حل را برابر 0.1 در نظر بگیرید تا علاوه بر تعیین حد نهایی نموها به میزان 0.1 ، دقت حل نیز افزایش پیدا کند.

اعمال شرایط مرزی، بارگذاری و مش‌بندی تیر سه بعدی در آباکوس

گام بعدی در روند حل، اعمال شرایط مرزی و بارگذاری مورد نظر بر تیر است. در محیط Load یک انتهای تیر را در تمامی جهات مقید کنید و بر سطح بالایی آن نیز فشاری معادل 1000 پاسکال اعمال نمایید.

در گام آخر از آماده سازی مسئله، وارد محیط Mesh شوید و با انتخاب عدد 0.025 در مقابل عبارت Approximate global size به ایجاد شبکه اجزای محدود در تیر بپردازید (تکنیک های مش بندی در آباکوس). سپس در بخش Element type المان‌های مرتبه دو را برای حل در نظر بگیرید.

با اتمام مراحل فوق، ماژول Job پذیرای مدل شما جهت حل اجزای محدود خواهد بود. کانتور تنش ایجاد شده پس از تحلیل را در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

منبع: مرجع آموزش نرم‌افزارهای مکانیک