تحلیل کمانشی پوسته های استوانه ای دارای سخت کننده

یکی از مهمترین انواع پوسته ها، پوسته های استوانه ای است که کاربرد فراوانی در بسیاری از شاخه های مهندسی دارد. به علت کم بودن ضخامت پوسته در مقایسه با سایر ابعاد آن، کمانش به عنوان یک حالت حدی برای تحلیل پوسته محسوب می گردد. یکی از راه های افزایش مقاومت کمانشی پوسته ها، استفاده از سخت کننده است که می تواند به صورت طولی، حلقوی و یا ترکیبی از این دو باشد. یک پوسته ی استوانه ای در طول عمر خود ممکن است تحت بارگذاری های مختلف قرار گیرد. فشار محوری همواره یکی از حالت های بحرانی برای پوسته به شمار می رود. از این رو در این پژوهش، ابتدا رفتار کمانشی پوسته های استوانه ای تحت اثر فشار محوری مورد بررسی قرار گرفته است. سپس اثر سخت کننده های حلقوی، طولی و شبکه ای با در نظر گرفتن عامل هایی مانند ابعاد، شکل و موقعیت سخت کننده ها بر روی مقاومت کمانشی پوسته ها تحت اثر فشار محوری در نظر گرفته شده است. با بررسی پوسته های تقویت شده با سخت کننده های حلقوی مشاهده گردید که با افزایش نسبت طول به شعاع پوسته (l/r) مقاومت کمانشی تحت اثر فشار محوری کاهش می یابد. این در حالی است که برای پوسته های تقویت شده با سخت کننده های طولی، افزایش نسبت l/r تاثیر چندانی بر مقاومت کمانشی محوری نخواهد داشت. همچنین نشان داده شد که برای جلوگیری از کمانش موضعی بهتر است که سخت کننده های طولی در تمام طول پوسته های استوانه ای تقویت شده ادامه یابند. با بررسی شکل سطح مقطع سخت کننده های طولی نیز مشاهده گردید که سطح مقطع u شکل نسبت به سطح مقطع های مستطیلی، l شکل و t شکل تاثیر بیشتری در افزایش مقاومت کمانشی محوری پوسته های استوانه ای دارد. در نهایت با مقایسه ی اثر سخت کننده های حلقوی، طولی و شبکه ای با مقدار مصالح یکسان مشاهده گردید که سخت کننده های شبکه ای به علت استفاده از سخت کننده های حلقوی و طولی به صورت توام بیشترین تاثیر را در افزایش مقاومت کمانشی محوری پوسته ها دارند. در ادامه نتایج حاصل از این پژوهش به طور خلاصه آورده می شود. 1- تعداد سخت کننده های حلقوی باید به اندازه ای باشد که فاصله ی بین سخت کننده ها به اندازه ی کافی کوچک شود تا از کمانش موضعی پوسته ی بین سخت کننده ها جلوگیری کند. از این رو استفاده از سخت کننده هایی با ابعاد کوچکتر که در فاصله ی کوتاهتر از یکدیگر قرار دارند بهتر از استفاده از سخت کننده هایی است که دارای ابعاد بزرگتر بوده و در فاصله ی دورتری از هم قرار می گیرند. به عنوان مثال برای یک پوسته ی استوانه ای با مشخصات هندسی r/h=100 و l/r=1 که دارای سخت کننده های حلقوی با نسبت br/h=2 و ?dr/l=0.3 می باشند، اگر از 4 عدد سخت کننده با عرض dr=15cm استفاده شود مقاومت کمانشی 16.61 درصد افزایش می یابد، در حالی که با استفاده از 12 عدد سخت کننده با عرض dr=5cm مقاومت کمانشی 43.82 درصد افزایش خواهد یافت. 2- در مورد سخت کننده های طولی نیز استفاده از سخت کننده هایی با ابعاد کوچکتر در فاصله های محیطی کمتر نسبت به سخت کننده هایی با ابعاد بزرگتر در فاصله های دورتر، موثرتر می باشد. به عنوان مثال برای یک پوسته ی استوانه ای با مشخصات r/h=100 و l/r=1 با 12 عدد سخت کننده با مشخصات هندسی bs/h=1 و ds=12cm مقاومت کمانشی تنها 7.77 درصد افزایش می یابد، در حالی که با 24 عدد سخت کننده با مشخصات هندسی bs/h=1 و ds=6cm، مقاومت کمانشی 33.92 درصد افزایش خواهد یافت. 3- شکل سطح مقطع سخت کننده ها نیز یک عامل موثر در میزان مقاومت کمانشی پوسته های تقویت شده با سخت کننده های طولی تحت اثر فشار محوری می باشد. در این پژوهش از 4 نوع سطح مقطع مستطیلی، l شکل، t شکل و u شکل استفاده شد و مشاهده گردید که سطح مقطع u شکل بیشترین تاثیر و سطح مقطع مستطیلی کمترین تاثیر را دارد. به عنوان مثال برای پوسته ی استوانه ای با مشخصات r/h=100 و l/r=1 که دارای 24 عدد سخت کننده ی طولی با سطح مقطع های as=48cm2 می باشد، میزان افزایش مقاومت کمانشی به ازای سخت کننده ها با سطح مقطع مستطیلی 44/72 درصد است. در حالی که برای سخت کننده های u شکل 107.07 درصد می باشد.