مطالعه تمرکز تنش در اطراف گشایش های پوسته های گنبدی مسلح شده با CFRP

در این مقاله تاثیر وجود گشایش ها در پدیده تمرکز تنش و میزان تغییرات ضریب آن، در صفحات و پوسته های گنبدی که با CFRP تقویت گردیده مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به کاربرد فراوان مصالح نوین در صنعت، بر آن شدیم تا از FRP ها در این سازه ها استفاده نماییم FRP ها با توجه به مقاومت بسیار بالا، کاربرد آسان، ضخامت کم، عدم محدودیت در اجرا و نیز قیمت مناسب گزینه مناسبی جهت تقویت این سازه ها به شمار می روند. لذا استفاده از FRP ها در صفحات و پوسته ها، مورد مطالعه تئوری و آزمایشگاهی قرار گرفت. به همین منظور، نمونه هایی از پوسته های گنبدی مسلح با CFRP و نیز نمونه فاقد آن (به عنوان نمونه شاهد) در آزمایشگاه تهیه گردید و روند تغییرات ضریب تمرکز تنش در این پوسته های مسلح شده با CFRP (با ضخامت و تعداد لایه های مختلف بررسی شد. بدین جهت در ابتدا ضریب تمرکز تنش در این پوسته ها با استفاده از روابط تحلیلی از روش تفاضلات محدود و اجزاء محدود با نرم افزار Ansys استخراج گردید. این مساله به ازای قطر های مختلف گشایش و ضریب انحناءهای مختلف (که بزرگی پوسته شامل شعاع، ضخامت، جنس آن وهمچنین بزرگی گشایش به آن وابسته است) در حالتهای تک سوراخه ، تحت اثر بارگذاری های مختلف بررسی گردید. این بررسی ها نشان می دهد که در تمامی پوسته های مسلح شده، با افزایش شعاع سوراخ به میزان تمرکز تنش افزوده می شود. همچنین نتایج بیانگر آن است که در تمامی پوسته های دارای گشایش، مقدار ضریب تمرکز تنش در لبه گشودگی پوسته های گنبدی ، با افزایش شعاع گشودگی، تشدید می گردد. تجزیه و تحلیل تنش ها موید این مطلب است که با استفاده FRP ها به ازای ضریب انحنا کمتر از یک، تنشهای خمشی بوجود آمده اهمیت کمتری نسبت به تنشهای غشایی دارد، البته با افزایش ضریب انحنا، بر اهمیت تنش های خمشی افزوده خواهد شد در پوسته های دو سوراخه نیز، روند تغییرات ضریب تمرکز تنش شدیدتر و پیچیده تر می گردد که در شکل ها و نمودارها خواهد آمد. البته این اثر متقابل سوراخ ها بر هم، از فاصله ای معین به بعد، بی تاثیر می گردد . همچنین تنش های خمشی (مخصوصا در سازه هایی با انحنا زیاد) نسبت به پوسته های تک سوراخ، اهمیت بیشتری می یابد. با مطالعه اطراف سوراخ و بدست آوردن مناطق بحرانی تمرکز تنش در اطراف گشایش، (با توجه به اینکه تقویت کل سازه با FRP اقتصادی نیست)، حداقل مساحت مناطقی از اطراف گشایش های صفحات و پوسته ها که به FRP نیاز دارد و باید تقویت شود، نیز معین گردید. همچنین تاثیر کاربرد FRP ها (در انواع گوناگون و با ضخامت های مختلف، به صورت پله ای، حلقه ای و...) بر روند تغییرات تمرکز تنش و کاهش آن، علی الخصوص در اطراف گشایش ها، در نمودار ها به نمایش در خواهد آمد و نتایج تقویت، با مصالحی چون فولاد مقایسه خواهدگردید و مزایای FRP بررسی خواهد شد. در پایان، نحوه تقویت این سازه ها جهت کاهش تمرکز تنش، برای هر پوسته (به ازای ضرایب مختلف انحناء) تعیین گردید که مساحت ناحیه تقویت ، نوع FRP ضخامت FRP و تعداد لایه آن در جداول ارائه خواهد شد.

کلیدواژه ها:

پوسته ها ، گشایش ، تمرکز تنش ، تقویت ، FRP