مطالعه ی تاثیر تغییرات ضخامت و تغییرات شعاع بر کمانش پوسته ی نیم کره ی فلزی، در حالت های اثر جداگانه و تاثیر باهم

پوسته های نیم کره ای فلزی به دلیل کاربرد گسترده در تانک های تحت فشار، سازه های فضایی و معماری، همواره در معرض خطر کمانش قرار دارند و رفتار کمانشی آن ها تحت تاثیر پارامترهای هندسی کلیدی مانند ضخامت و شعاع قرار می گیرد. با توجه به اهمیت تحلیل دقیق این سازه ها، هدف این مطالعه بررسی اثر تغییرات ضخامت و شعاع بر بار بحرانی و مودهای کمانش پوسته های نیم کره ای فلزی به صورت جداگانه و ترکیبی بوده است تا روابط غیرخطی و تعامل پارامترهای هندسی مشخص شود و راهنمایی هایی برای طراحی مقاوم ارائه گردد. در این پژوهش، روش های شبیه سازی عددی مبتنی بر تحلیل المان محدود استفاده شد و مجموعه ای از پوسته های نیم کره ای با ضخامت های مختلف و شعاع های متفاوت مدل سازی شدند. سه حالت مطالعه شامل اثر تغییر ضخامت، اثر تغییر شعاع و اثر همزمان ضخامت و شعاع بود. تحلیل تغییر شکل ها، توزیع تنش ها و مودهای کمانش برای هر نمونه انجام شد تا بار بحرانی و حساسیت پوسته به نقص های هندسی ارزیابی شود. شبیه سازی ها شامل بررسی توزیع غیر یکنواخت ضخامت و نقایص هندسی موضعی نیز بود تا رفتار واقعی و پیچیده پوسته ها به طور جامع مشخص گردد. یافته ها نشان داد که افزایش ضخامت موجب افزایش قابل توجه بار بحرانی و تمرکز تغییر شکل ها در مرکز پوسته شد و تعداد مودهای موضعی کاهش یافت، در حالی که کاهش ضخامت موجب پراکندگی موج های موضعی و حساسیت بیشتر پوسته به نقص های هندسی شد. افزایش شعاع برعکس، مقاومت کمانشی را کاهش داد و مودهای حلقوی گسترده و پراکنده ایجاد کرد. اثر هم زمان ضخامت و شعاع غیرخطی بود و افزایش ضخامت به تنهایی قادر به جبران کاهش مقاومت ناشی از افزایش شعاع نبود. تحلیل داده ها نشان داد که پوسته های نازک با شعاع بزرگ بیشترین خطر کمانش ناگهانی را دارند و توزیع غیر یکنواخت ضخامت موجب ایجاد مودهای چندمنطقه ای پیچیده شد. نتایج این پژوهش با یافته های قبلی در حوزه تحلیل عددی و تجربی پوسته های نیم کره ای همسو بود و اهمیت تحلیل ترکیبی پارامترهای هندسی و کنترل کیفیت تولید را تایید کرد. در نهایت، این مطالعه نشان داد که طراحی مقاوم پوسته های نیم کره ای نیازمند تعیین ضخامت و شعاع بهینه، کنترل توزیع ضخامت و استفاده از شبیه سازی عددی غیرخطی است تا بار بحرانی به حداکثر برسد و حساسیت به نقص های هندسی کاهش یابد. نتایج ارائه شده می تواند مبنای طراحی بهینه و کاهش وزن سازه های نیم کره ای صنعتی، فضایی و معماری قرار گیرد و اطلاعات کاربردی برای جلوگیری از کمانش ناگهانی و افزایش ایمنی فراهم کند.

کلیدواژه ها:

پوسته نیم کره ای ، کمانش ، ضخامت ، شعاع ، نقص هندسی ، تحلیل عددی ، بار بحرانی.