تحلیلی در آموزش مکانیک سازه های تئوری اجسام سه بعدی و تئوری اجسام خمشی

در این مقاله به دو دیدگاه فرمولبندی در آنالیز و طراحی سازه ها که در آموزش مکانیک و دینامیک سازه ها مورد استفاده است، اشاره می شود. این دو دیدگاه، یکی بر اساس مکانیک اجسام سه بعدی (که معمولاً در تجزیه و تحلیل اجسام سه بعدی یا دو بعدی تنش و کرنش صفحه ای مورد استفاده قرار می گیرد) و دیگری بر اساس مکانیک اجسام خمشی ( که در آنالیز پوسته، ورق و تیرها استفاده می شود) استوار شده است. با توجه به تعاریف و اصطلاحات در علم مکانیک، این دو دیدگاه دارای یک منشأً هستند و در واقع، دیدگاه آنالیز اجسام خمشی از دیدگاه سه بعدی جدا شده است. متغییرها، پارامترها و معیارها در دیدگاه مکانیک سه بعدی و خمشی تا اندازه ای با هم متفاوتند. مثلاً در مکانیک سه بعدی تغییر شکلها تفکیک نمی شوند، در صورتی که در دیدگاه مکانیک اجسام خمشی تغییر شکل به تغییر شکلهای خمشی، غشایی و خمشی با درجه بالا تقسیم بندی می شود. و متغیرهای دیگری همچون تغییر انحنا تعریف می شود. در واقع، دیدگاه دوم فقط به منظور تجزیه و تحلیل اجسام پوسته ای (مثلاً یک پوسته نازک تحت شرایط نیروی برون صفحه ای) یا اجسامی که تغییر شکلهای خمشی و غشایی آن قابل تفکیک باشد( مثلاً یک تیر بلند که خمش آن قابل ملاحظه می باشد)، تدوین شده است و قطعاً به جهت کاربری، تقریبهایی را باید به کار گرفت. نامگذاری دیدگاه دوم به نام مکانیک اجسام خمشی، به دلیل آن است که معمولاً در بسیاری از موارد، خمش نقش بسیار مهمتری را ایفا می کند. این تقسیم بندی، این معنی را می دهد که تئوری سه بعدی همه جا کاربرد دارد، حال آنکه تئوری اجسام خمشی فقط برای اجسامی با هندسه مخصوص و تحت شرایط نیرویی معینی کاربری دارد. تغییر انحنا به عنوان معیاری قابل مشاهده و قابل اندازه گیری در دیدگاه نوع دوم، به عنوان پارامتری مستقل مستقیماً مورد استفاده قرار می گیرد و این امر سبب توسعه و پایه ریزی دیدگاه دوم در علم مکانیک سازه ها شده است. شاید تعداد زیادی از دانشجویان و مهندسان، این دو دیدگاه را با توجه به نام سازه ها و ابعاد کابردی آنها متوجه نشوند(مثلاً در آنالیز تیرها یک مهندس بدون تأمل مستقیماً به سراغ تئوری اجسام خمشی می رود، بدون آنکه فکر کند که تئوری سه بعدی می تواند جواب بهتری داشته باشد) . حال آنکه در بسیاری از موارد، هر دو دیدگاه یا ترکیبی از آنها را می توان در آنالیز یک سازه به کار گرفت. شناخت این تمایز، در آموزش و سرانجام در تجزیه و تحلیل و طراحی سازه ها و مکانیک جامدات کمک زیادی می کند.