مقـاومـت مصـالـح

دسته: عمران
بازدید: 87 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 24602 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 226

عوامل مؤثر در مقاومت اجسام 1 ابعاد هندسی (طول، عرض و ارتفاع) 2 نوع بارگذاری (كشش، فشار، خمش و پیچش) 3 جنس مصالح عوامل فوق هر كدام به نحوی در مقاومت اجسام اثر می‌كنند برای بررسی این عوامل ابتدا به ساده‌ترین شكل هندسی و ساده‌ترین نوع بارگذاری موجود را معرفی می‌كنیم ـ ساده‌ترین شكل هندسی هرگاه در جسم سه بعدی، دو بعد نسبت به یك بعد دیگ

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

مقـاومـت مصـالـح

عوامل مؤثر در مقاومت اجسام

1. ابعاد هندسی (طول، عرض و ارتفاع)

2. نوع بارگذاری (كشش، فشار، خمش و پیچش)

3. جنس مصالح

عوامل فوق هر كدام به نحوی در مقاومت  اجسام اثر می‌كنند. برای بررسی این عوامل ابتدا به ساده‌ترین شكل هندسی و ساده‌ترین نوع بارگذاری موجود را معرفی می‌كنیم.

ـ ساده‌ترین شكل هندسی: هرگاه در جسم سه بعدی، دو بعد نسبت به یك بعد دیگر خیلی كوچكتر  باشند، ساده‌ترین شكل هندسی ایجاد می‌شود. پس ساده‌ترین شكل قابل استفاده در آزمایشگاه میله است (بعد عرض و ارتفاع در مقایسه با بعد طول ناچیز می‌باشد).

ـ ساده‌ترین بارگذاری: به عنوان ساده‌ترین باگذاری، بارگذاری كششی را در نظر می‌گیریم. چرا كه جسم در بارگذاری كششی ساده‌ترین رفتار را دارد و رفتار جسم تحت كشش به راحتی قابل انجام است.

حال با تعریف ساده‌ترین شكل هندسی و ساده‌ترین بارگذاری، به بررسی عوامل مؤثر در مقاومت اجسام می‌پردازیم. برای این منظور رفتار حالتهای متفاوت میله (با ابعاد هندسی مختلف) را در بارگذاری كششی با هم مقایسه می‌كنیم.

الف) مطالعه میله‌ها با طول یكسان و سطح مقطع متفاوت

در شكل مقابل فرض كنید:

آنچه مسلم است این كه در میله با مقطع A₂، به این علت كه سطح مقطع بیشتر است، جسم توانایی بهتری برای تحمل كشش دارد (نسبت به مقطع A₁).

حال با این تعاریف می‌توان بهترین معیار مقاومت مصالح كه همان تنش می‌باشد را تعریف كنیم. به طور كلی، تنش عبارت است از نسبت بار محوری به سطح مقطع و خواهیم داشت:

ـ واحد مهندسی تنش  می‌باشد ولی به طور كلی واحد تنش، نیرو به مساحت است.

حال با تعریف تنش، می‌توان مقایسه بین مقاومت دو میله فوق را بدین صورت بیان كرد:

با توجه به اینكه P₁=P₂ می‌باشد ولی A₂ > A₁ است می‌توان گفت:

یعنی در میله اول تنش بیشتر از میله دوم است؛ یا به عبارتی نیروی وارد بر واحد سطح میله اول، بیشتر از نیروی وارد بر واحد سطح میله دوم می‌باشد. پس میله دوم توانایی بیشتری در تحمل نیرو دارد.

ـ توجه كنید بار محوری شامل كشش و فشار می‌شود. توجه داشته باشید  كه به عنوان قرارداد، علامت كشش را مثبت و علامت فشار را منفی در نظر می‌گیریم؛ پس تنش كششی دارای علامت مثبت و تنش فشاری دارای علامت منفی می‌باشد.

ـ در سیستم SI واحد تنش Pa می‌باشد و داریم:

ب) مطالعه میله‌ها با سطح مقطع یكسان و طولهای متفاوت

در شكل مقابل فرض كنید:

با بررسی رفتار این میله‌ها ملاحظه می‌شود كه تغییر شكل ایجاد شده ناشی از كشش در دو میله متفاوت است؛ در صورتی كه می‌دانیم نیروی وارد شده به این دو میله در هر مقطع با هم برابر است یا به عبارتی با توجه به برابری سطح مقطع در هر دو میله تنش در هر دو میله یكسان است. باید توجه داشت كه در این دو میله تغییر شكل كلی متفاوت است اما می‌توان نشان داد كه نسبت تغییر شكل ایجاد شده به طول دو میله یكسان است. یعنی:

لذا درمی‌یابیم كه تغییر شكل میله با طول آن متناسب است؛ یعنی:

از مشاهدات فوق كرنش مصالح را تعریف می‌كنیم كه عبارت است از نسبت تغییر طول میله به طول اولیه آن یعنی:

تغییر شكل نسبی 

ـ كرنش عبارت است از تغییر شكل طول واحد میله در اثر نیروی اعمال شده بر آن.

ج) مطالعه میله‌ها با جنس متفاوت

ـ در مورد تأثیر جنس مصالح در مقاومت اجسام، واضح است كه مصالح مختلف در مقابل بارگذاری‌های یكسان رفتارها و مقاومتهای متفاوت دارند.

آزمایش كشش ساده فولاد نرمه ساختمانی

در این آزمایش فولاد نرمه را تحت كشش قرار داده و در هر لحظه مقادیر نیروی وارد شده (p) و تغییر شكل به وجود آمده () را در جدولی ثبت می‌كنیم. حال می‌توان مقدار تنش () و كرنش () را در هر لحظه به دست آورد و نمودار تنش ـ كرنش () را رسم كرد.

توجه كنید كه شكل نمودار  هم مانند نمودار  است فقط مقیاس دو نمودار متفاوت می‌باشد.

نمودار تنش ـ كرنش فولاد به صورت مقابل است.

چنانچه از نقطه O شروع به افزایش باركنیم مقدار تنش و كرنش هر دو رابطه خطی افزایش می‌یابند. در این ناحیه اگر باربرداری كنیم كرنش ایجاد شده در جسم از بین می‌رود و جسم به حالت اولیه برمی‌گردد.

از نقطه A تا نقطه B رابطه خطی بین تنش و كرنش از بین می‌رود. (همانطور كه در شكل ملاحظه می‌شود، نمودار به صورت منحنی در می‌آید) ولی هنوز با باربرداری مقدار كرنش صفر می‌شود و جسم به حالت اولیه خود بازمی‌گردد.

نقطه C كه حد جاری شدن فولاد می‌باشد نقطه‌ای است كه به صورت ناگهانی و بدون افزایش بار جسم دچار تغییر شكهای ناگهانی زیاد می‌‌شود و مقدار كرنش تا مقدار متناظر با نقطه D افزایش می‌یابد.

از نقطه D تا E باز هم قطعه تحمل تنش می‌‌كند و تنش و كرنش هر دو افزایش می‌یابند تا به نقطه E كه نقطه حد نهایی نام دارد می‌رسند.

از نقطه E به بعد همان طوری كه در شكل دیده می‌شود منحنی به صورت خط‌چین و توپر نشان داده شده است.

تفسیر این دو حالت بدین صورت است كه در نقطه E پدیده باریك شدگی (necking) اتفاق می‌افتد یعنی مقطع شروع به كاهش سطح می‌كند.

حال اگر برای محاسبه تنش  از سطح مقطع اولیه استفاده كنیم، مانند آن است كه توانایی قطعه در مقابل بار كاهش یافته است و مانند نمودار توپر تنش كاهش می‌یابد. اما اگر سطح مقطع جدید (باریك شده) را در نظر بگیریم با آنكه مقدار بار كاهش می‌یابد اما تنش هنوز در حالت افزایش است و نمودار كماكان صعودی است؛ و بالأخره در نقطه F (یا F') قطعه گسیخته می‌شود.

باید توجه داشت از نقطه B تا F اگر باربرداری انجام شود برعكس از O تا B كه هیچ تغییر شكلی در جسم باقی نمی‌ماند (كرنش صفر می‌شد) یك مقدار تغییر شكل ماندگار در جسم باقی می‌ماند. به همین دلیل از نقطه O تا  را منطقه الاستیك (ارتجاعی) می‌نامیم و از نقطه تا  را منطقه پلاستیك (خمیری ـ مومسان) گوییم.

جمع‌بندی كلی در ارتباط با نمودار تنش ـ كرنش فولاد

نقطه A (حد تناسب)

max تنشی كه مصالح می‌تواند تحمل كند به شرطی كه رابطه تنش ـ كرنش خطی باقی بماند. (در فولاد معمولی تقریباً )

نقطه B (حد ارتجاعی، حد كشسانی)

max تنشی كه مصالح می‌تواند تحمل كند به طوری كه تغییر شكل آن پس از حذف بار از بین برود (كرنش صفر شد) (در فولاد معمولی حدوداً )

نقطه C (حد جاری شدن، حد تسلیم)

مقدار تنشی كه در آن بدون افزایش بار (تنش) تغییر شكل ناگهانی زیادی در قطعه ایجاد می‌شود (در فولاد معمولی تقریباً )

نقطه D (سخت شدگی مجدد، سخت شدگی كرنش)

حالتی كه مصالح پس از جاری شدن مجدداً سخت شده و قابلیت تحمل بار را دارند.

نقطه E (حد نهایی یا مقاومت نهایی)

حداكثر باری كه قطعه می‌تواند تحمل كند. (در فولاد ساختمانی تقریباً )

نقطه F (حد گسیختگی)

تنشی (باری) كه مصالح در آن گسیخته می‌شوند.

منطقه ارتجاعی (الاستیك)

محدوده ابتدایی نمودار تنش ـ كرنش فولاد (از مبدأ تا حد ارتجاعی)  منطقه ارتجاعی یا الاستیك گفته می‌شود كه در این ناحیه تغییر شكل پس از حذف بار از بین می‌رود. به این منطقه، منطقه تغییر شكلهای برگشت‌پذیر نیز گفته می‌شود.

منطقه پلاستیك (خمیری یا مومسان)

از حد ارتجاعی تا حد گسیختگی دیاگرام تنش ـ كرنش منطقه پلاستیك گفته می‌شود كه در این منطقه پس از حذف بار تمامی تغییر شكل جسم از بین نمی‌رود بلكه مقداری تغییر شكل ماندگار در جسم باقی می‌ماند به همین دلیل به این منطقه، منطقه تغییر شكلهای ماندگار و برگشت‌ناپذیر گفته می‌شود.

باید توجه داشت چنانچه در این ناحیه باربرداری شود، تنش و كرنش روی خطی موازی ناحیه اولیه نمودار تنش ـ كرنش (از مبدأ تا حد تناسب) كاهش می‌یابند و مقداری كرنش باقی مانده () در جسم باقی می‌ماند.

ـ توجه شود كه در طراحی اعضاء معمولاً فقط ناحیه خطی را در نظر می‌گیرند به این علت كه در بارهای تكرار شونده  به صفر برسد و كرنش اضافی باقی نماند. ولی برای بارهایی كه در طول عمر سازه یك بار به عضو وارد می‌شود می‌توان از ناحیه غیرخطی نیز استفاده كرد. (مانند بار زلزله)

پدیده باریك شدگی (necking)

همان طوری كه در نمودار تنش ـ كرنش دیدیم منحنی در قسمت انتهایی دچار نزول می‌شود؛ اما واقعیت چیز دیگری است. این اتفاق به این علت رخ می‌دهد كه ما سطح مقطع میله را در طول آزمایش ثابت فرض می‌كنیم. در صورتی كه در میله وقتی بار به مقدار ماكزیمم معینی برسد، قطر قسمتی از نمونه به علت ناپایداری موضعی شروع به كاهش می‌كند. پس از كوچك شدن مقطع، با بارهای كوچكتر می‌توان تغییر شكل بزرگتری را ایجاد كرد، تا اینكه در نهایت نمونه گسیخته می‌شود. اگر در هر لحظه برای محاسبه تنش از مقدار مساحت موجود استفاده (به جای مساحت اولیه) منحنی نزول نخواهد داشت).

جهت دریافت فایل کامل  لطفا آن را خریداری نمایید

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

برچسب ها : مقـاومـت مصـالـح , پدیده باریك شدگی , منطقه ارتجاعی (الاستیك) , حد گسیختگی , پروژه , پژوهش , مقاله , جزوه , تحقیق , دانلود پروژه , دانلود پژوهش , دانلود مقاله , دانلود جزوه , دانلود تحقیق , مقاومت اجسام , نرمه ساختمانی , عوامل مؤثر در مقاومت اجسام , آزمایش كشش ساده فولاد نرمه ساختمانی , ارتباط با نمودار تنش ـ كرنش فولاد , Resistance of Materials