-
سبد خرید شما خالی است!
در مقاله آموزشی تحت عنوان آشنایی با نرم افزار Ansys و راهنمای نصب نرم افزار Ansys به طور کامل به آشنایی با نرم افزار Ansys و راهنمای نصب نرم افزار Asnsys پرداخته شد و ذکر گزدید که نرم افزار Ansys یکی از مهم ترین و پرکاربردترین نرم افزارهای مهندسی در مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران می باشد که بسیاری از دانشجویان رشته مهندسی عمران با استفاده از نرم افزار Ansys به ارایه مقالات علمی و پژوهشی و پایان نامه های کارشناسی ارشد می پردازند .
نرم افزار ANSYS (ANalysis SYStem) یکی از نرم افزارهای قدرتمند برای تحلیل انواع سازه های مکانیکی می باشد که به روش اجزاء محدود به آنالیز مسائل می پردازد و برای اولین بار در سال 1970 توسط John A. Swanson در شرکت آمریکایی ANSYS Inc ارائه شد که تنها آنالیز استاتیکی ، دینامیکی و حرارتی را شامل می شد و هرساله با توسعه قابلیت های آن ، نسخه های جدیدتری به بازار عرضه میشد تا اینکه در سال های اخیر یک تحول عظیمی در نرم افزار انسیس بوجود آمد و آن ارائه نسخه ANSYS Workbench بود که تغییر گرافیکی و نحوه عملکردی آن بود که نسبت به نسخه قدیمی آن (APDL) تغییرات زیادی را شامل می شد. نرم افزارهای تحلیل مانند نرم افزار ANSYS به طراحان و مهندسان کمک شایانی در ارائه طرح های مختلف در سریعترین زمان ممکن و کمترین هزینه میکند.
روابط سازندهی آلیاژ حافظهدار، تابعی از سه پارامتر تنش، کرنش، و دما است. بیشتر مدلهای مورد استفادهی این آلیاژ برای بارگذاری شبهاستاتیک تعریف شدهاند و تابع دو پارامتر تنش و کرنش هستند. خصوصیات روابط تشکیلدهندهی آلیاژ حافظهدار به صورت قابل توجهی به نرخ کرنش بستگی دارند. وقتی بار دینامیکی به سازه اعمال میشود باید اثر نرخ کرنش در نظر گرفته شود.[1]
چون بیشتر کاربردهای آلیاژ حافظهدار در مهندسی عمران به استفاده از آنها به عنوان میلگرد و مفتول ربط دارد، مدلهای یک بعدی برای مدلسازی آنها مناسب قلمداد میشود. بسیاری از محققان مدلهایی یک بعدی برای رفتار این میلگردها ارائه دادهاند. رفتار فوقالاستیک میلگردهای آلیاژ حافظهدار در تعدادی از نرمافزارهای المان محدود، ارائه داده شده است، مثل انسیس[1] آباکوس[2]، و سیزموستراکت[3] که مدلهای ماده در این نرمافزارها به ترتیب با استفاده از مدلهای[2]،[3] و [4] تعریف شده است. در مدل فوقالاستیک یک بعدی این ماده در نرمافزار Ansys ، میلگرد آلیاژ حافظهدار، در یک دمای ثابت، تحت تنش چرخهای قرار گرفته و دچار تغییر فاز آستنایت-به مارتنزایت شده است و سپس نمودار تنش-کرنش آن رسم میشود.
رابطهی تنش-کرنش آلیاژ حافظهدار نیکل-تیتانیومی یک نمودار خطی 4 شاخهای با منحنیهای صاف است[5].
شکل 1‑1 نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه دار
شکل (a) نشاندهندهی نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه دار است وقتی که این آلیاژ در دمای کمتر از دمای فاز مارتنزایت است. شکل (b) نشاندهندهی نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه دار است وقتی که این آلیاژ در دمای بیشتر از دمای فاز آستنایت قرار دارد. به بیان دیگر اگر در شکل (b) محور کرنش به بالا حرکت کند شکل (a) حاصل میشود.
برای تحلیل عددی به منظور بررسی رفتار یک سیستم بتنی از نرمافزارهای گوناگونی میتوان استفاده نمود که از آن جمله میتوان به نرمافزارهایی نظیر Abaqus، OpenSees و همچنین نرم افزارهای متداول مهندسی چون Sap2000[4]، Etabs[5]، و سایزموستراکت[6]، اشاره نمود. نرم افزارهای گروه اول دارای کتابخانهی قوی برای رفتار غیرخطی مصالح میباشد و همچنین میتوان منحنی هیسترزیس تنش-کرنش مواد را به نرم افزار معرفی نمود. نرم افزارهای گروه دوم نسبت به نرم افزارهای گروه اول محدودیتهای زیادی جهت انجام تحلیلهای غیرخطی دارند، از جمله به تعریف المانهای سه بعدی (سالید) با رفتار غیرخطی، مد نظر قرار دادن کل سیستم به صورت غیرخطی و غیره میتوان اشاره نمود.
برای مدلسازی تیر به ستون مسلح باید به سراغ یک نرمافزار اجزا محدود رفت. نرم افزارهای آباکوس، انسیس، اپنسیس و سایزمواستراکت مورد بررسی قرار گرفت تا نرم افزار مناسبتر برای این شبیه سازی انتخاب گردد. نرم افزار قدرتمند آباکوس برای تحلیل بتن مسلح نرمافزاری مناسب است اما برای مدلسازی خصوصیات رفتاری بتن با پارامترهای فراوانی روبهرو خواهیم شد که تشخیص و تعیین مقادیر صحیح برای آنها با مشکلات زیادی همراه خواهد بود. علاوه بر آن نرم افزار Abaqus در مدلهای مادهی خود، مدل مادهی آلیاژ حافظه دار را ندارد، اما این امکان وجود دارد که مدل ماده مورد نظر را به وسیلهی نوشتن کد[7] یا استفاده از کدهای موجود به نرم افزار بشناسانیم. کدهای در دسترس و منتشر شده برای مدل مادهی میلگرد آلیاژ حافظه دار هیچ کدام قادر به انجام تحلیل دینامیکی نبودند و فقط در تحلیل استاتیکی میتوان از آنها سود برد.
نرم افزار Ansys، Opensees و سایزمواستراکت هر سه در مدلهای مواد خود میلگرد آلیاژ حافظهدار را تعریف کردهاند و به راحتی توسط کاربر قابل استفاده است. اما نرم افزار Opensees و سایزمواستراکت بیشتر در تحلیلهای ماکرو[8] کاربرد دارد مانند یک قاب یا یک ساختمان و برای تحلیلهای میکرو[9] مانند یک اتصال بهتر است سراغ نرم افزار Opensees و نرم افزار Abaqus برویم.
نرم افزار Ansys به دلیل دارا بودن مدل میلگرد آلیاژ حافظه دار، توانایی تحلیل جزئی در اتصال، قدرت دقیق نشان دادن محل دقیق ترکها و حتی جهت ترکها به عنوان نرم افزار شبیه سازی برای این تحقیق انتخاب شد.
نرم افزار Ansys قابلیت انجام انواع آنالیزهای غیرخطی مادی و هندسی و تاریخچه زمانی را داراست و مدت زمان زیادی است که برای انجام تحلیلهای مختلف مورد توجه بوده است.
به منظور ساخت یک مدل المان محدود سه بعدی از یک سیستم بتنی و تحلیل غیرخطی آن به طور کلی با فرایند تعریف مصالح و المانهای بتن و آرماتور مواجه هستیم که در ذیل به طور جداگانه در مورد هر کدام توضیحاتی ارائه میگردد.
مدل مادهی میلگرد آلیاژ حافظه دار به دو گونه و بر اساس دو ویژگی حافظه دار بودن و فوق الاستیک بودن قابل تعریف است. اگر مدل را با حافظه دار بودن آن تعریف کنیم نرما فزار پارامترهای حرارتی را به عنوان خصوصیات از ما میخواهد و اگر مدل را با خاصیت فوق الاستیک آن تعریف کنیم آنگاه فرض میشود ضریب الاستیک قسمت مارتنزایت هم به اندازهی ضریب الاستیک قسمت آستنایت است. حال آنکه اگر مدل را با خاصیت حافظه داریاش تعریف کرده بودیم میتوانستیم ضریبهای متفاوتی را برای قسمت مارتنزایت مدل بدهیم، در واقع میتوانستیم شیب خط را در قسمت مارتنزایت هر مقدرا که میخواهیم در نظر بگیریم. در عوض در حالت فوق الاستیک میتوانیم شیبهای خطوط تنش-کرنش را در قسمت انتقال (خطوط نسبتا افقی نمودار پرچمی) متفاوت بگیریم در حالیکه در حالت حافظه دار شیب این دو خط یکسان فرض میشود.
رفتار آلیاژ حافظه دار در کشش توسط 6 پارامتر معرفی میشود که در شکل 3‑4 مشخص شده اند. سپس به وسلیه ضریب آلفا به عنوان پارامتر هفتم، نرم افزار Ansys رفتار این آلیاژ را در فشار شناسایی میکند.
3‑4 پارامترهای مربوط به نمودار تنش-کرنش آلیاژ حافظه دار در نرم افزار Ansys
EX = ضریب الاستیسیتهی آلیاژ حافظهدار
C1 = تنش شروع فاز آستنایت (تنش تسلیم آلیاژ حافظهدار)
C2 = تنش پایان فاز آستنایت
C3 = تنش شروع فاز آستنایت
C4 = تنش پایان فاز مارتنزایت
C5 = کرنش باقیمانده
اگر رفتار کشش-فشار در آلیاژ حافظهدار یکسان باشد، این کار را در نرم افزار Ansys با قرار دادن مقدار صفر برای α در مدل مادهی میلگرد آلیاژ حافظه دار قرار میدهیم.
برای آشنایی بیشتر با نرم افزار های نام برده شده در این مقاله می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله مورد نظر هدایت شوید:
آشنایی و راهنمای نصب نرم افزار Sap2000
آشنایی راهنمای نصب نرم افزار Abaqus
مراجع:
[1] H. Tobushi, Y. Shimeno, T. Hachisuka, and K. Tanaka, "Influence of strain rate on superelastic properties of TiNi shape memory alloy," Mechanics of Materials, vol. 30, pp. 141-150, 1998.
[2] F. Auricchio, "A robust integration-algorithm for a finite-strain shape-memory-alloy superelastic model," International Journal of plasticity, vol. 17, pp. 971-990, 2001.
[3] F. Auricchio and R. L. Taylor, "Shape-memory alloys: modelling and numerical simulations of the finite-strain superelastic behavior," Computer methods in applied mechanics and engineering, vol. 143, pp. 175-194, 1997.
[4] F. Auricchio and E. Sacco, "A temperature-dependent beam for shape-memory alloys: constitutive modelling, finite-element implementation and numerical simulations," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 174, pp. 171-190, 1999.
[5] M. Alam, M. Youssef, and M. Nehdi, "Utilizing shape memory alloys to enhance the performance and safety of civil infrastructure: a review," Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 34, pp. 1075-1086, 2007.