مطالعه روش های کاهش تمرکز تنش در اطراف شکاف و گشایش بدنه سازه های صفحه ای و پوسته ای

پدیده تمرکز تنش و ایجاد آن در پوسته ها یکی از مسائل مهم در مهندسی سازه و مکانیک بوده که با توجه به اهمیت فراوان این پدیده از نظر علمی و عملی از جایگاه قابل ملاحظه ای برخوردار است. زیردریایی ها، کشتی ها، بالها و بدنه هواپیماها، موشکها و راکت ها، دیگ های بخار ومخازن تحت فشار، اتصالات لوله ها در خطوط انتقال سیالاتی نظیرگاز، بخار و آب و فاضلاب و ... همگی نمونه های فراوان و بارز کاربرد این پدیده در صنعت هستند. بطور کلی ایجاد بازشدگی در یک پوسته استوانه ای و یا اتصال دو پوسته و یا حتی در صفحات، باعث ایجاد آشفتگی در میدان تنش ها می گردد و تمرکز تنش را پدید می آورد. تنش ها ممکن است تا چندین برابر تنش های ایجاد شده دربدنه سازه پوسته ای (گاهی تا بیش از صد برابر) افزایش یابد که از نقطه نظر تحلیلی و طراحی بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش در ابتدا ضمن مطالعه تاریخچه ای به تحقیقات و نتایج دیگران وتقسیم بندی مسائل، معادله حاکم که به فرم مختلط با مشتقات جزئی با مرتبه چهارم است معرفی شده، آنگاه روش حل عددی با متد تفاضلات محدود ونیز روش حل عددی با متد اجزا محدود (با نرم افزار ansys) ارائه می گردد. سپس روند تغییرات ضریب تمرکز تنش در صفحات و پوسته ها به ازای قطر های مختلف گشایش و ضریب انحناءهای مختلف (که ضریبی بی بعد است و بزرگی پوسته شامل شعاع، ضخامت، جنس آن وهمچنین بزرگی گشایش را شامل و تمرکز تنش، بسیار به آن وابسته است) در حالت های تک سوراخه و بیشتر، با انواع گشایش دایروی، بیضوی، مربع و مستطیل تحت اثر بارگذاری های مختلف مورد بررسی قرار می گیرد تا تاثیر وجود شکاف و گشایش ها در پدیده تمرکز تنش و میزان تغییرات ضریب آن، در صفحات و نیز پوسته ها تعیین شود. کاهش تمرکز تنش نیز از موضوعات بسیار حائز اهمیت در بعد تئوری و بخصوص صنعتی و کاربردی است. در ادامه این مقاله با بررسی این مهم، چند راه حل اقتصادی و عملی برمبنای آنالیزها و نیز آزمایشات تجربی، بررسی و ارائه می گردد. در این سازه ها با استفاده از تمهیداتی همانند تغییر جنس، تغییر ضخامت (یکنواخت و پله ای)، استفاده از پوسته با ضخامت متغیر (منطبق بر تغییرات دیاگرام تنش)، تعبیه رینگ یا حلقه تقویتی در اطراف گشایش و نیز داخل آن، می توان تمرکز تنش را کاهش داد که در این تحقیق، تأثیر این پارامترهای مؤثر به تفضیل مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد و نتایج در نمودارها و جداول خواهد آمد. با بررسی روش های مختلف کاهش تمرکز تنش، (با توجه به محدودیت های آزمایشگاهی و پارامترهای اقتصادی) روش بهینه برای کاهش تمرکز تنش هر پوسته با هر نوع شکاف و گشایش ارائه می شود.