1-1- زمینه تحقیق:
در سال­های اخیر استفاده از ژئوسنتتیک­ها در پروژه­های مختلف عمرانی بسیار رایج گردیده است. با توجه به مزایای فراوان فنی و اقتصادی و همچنین سهولت و سرعت زیاد در اجرا نسبت به سایر­ روش­های تسلیح خاک، این موضوع مورد توجه مهندسین و مشاوران ژئوتکنیک قرار گرفته است. شکل قرار­گیری ژئوسنتتیک­ها بر مزایای مذکور بسیار تاثیر­گذار می­باشد. تحقیقات بسیاری برای فهم تاثیرات سودمند شکل مسلح کننده در خاک صورت گرفته که در فصل بعدی به آنها اشاره می­شود.
1-2- ضرورت تحقیق:
استفاده از ژئوسنتتیک­ها برای بهبود عملکرد پی­های سطحی در دو دهه اخیر بوسیله مهندسین مطالعه شده است. درمواردی که خاک­های حاشیه­ای ضعیف است تسلیح خاک بوسیله ژئوسنتتیک­ها یک راه­حل موثر اثبات شده است و در برخی موارد ژئوسنتتیک­ها امکان ساخت پی سطحی بجای پی­های عمیق گرانتر را فراهم می­آورد. در میان ژئوسنتتیک­های موجود در بازار ژئوگرید، ژئوتکستایل و ژئوسل بیشترین استفاده در تسلیح خاک را دارا می­باشند. تاثیرات سودمند ژئوسنتتیک­ها وابستگی بسیاری به شکل استفاده از آن­ها در تسلیح خاک دارد و در اشکال مختلف بکارگیری، ­مقادیر متفاوتی از افزایش مقاومت خاک را ارائه می­دهند. این تفاوت در بهبود مقاومت، در نتیجه مکانیزم­های متفاوت شکست در خاک مسلح شده با اشکال گوناگون صورت می­گیرد. در این تحقیق به کمک روش عددی به مطالعه رفتار پی­های مستقر بر بستر ماسه­ای تقویت شده با ژئوسل با استفاده از نتایج مطالعات آزمایشگاهی می­پردازیم. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

1-3- اهداف تحقیق:
 
1-4- روش تحقیق:
روش تحقیق به ­صورت مدل­سازی عددی اجزاء محدود می­باشد. بدین ترتیب که به کمک نرم­افزار ABAQUS 6.11(2011) به تحلیل و مدل­سازی عددی پی­های دایره­ای مستقر بر بستر ماسه­ای در حالات تقویت شده با المان ژئوسل و بدون تقویت ژئوسلی پرداخته و سپس به منظور مقایسه نتایج پی دایره­ای و مربعی در شرایط یکسان و انتخاب بهترین شکل پی و بهترین نحوه تقویت با    المان­های ژئوسل، تحلیل و مدل­سازی عددی پی مربعی مستقر بر بستر ماسه­ای در شرایط مشابه با پی   دایره­ای انجام گرفته است.
فرضیات این تحلیل عبارتند از :

• به­جای وارد کردن نیروی جک در سطحی به اندازه مساحت پیستون جک، این نیرو به صورت یک بار نقطه­ای در وسط صفحه بارگذاری وارد شده است.

• خاک زیر صفحه بارگذاری نسبت به آن حرکتی نداشته و در طی بارگذاری کاملاً به آن چسبیده است. همچنین دو لایه خاک رس و ماسه در سطح تماس بینشان نسبت به یکدیگر حرکتی ندارند.

• اثر غیر­خطی شدن­های مصالح در محاسبات در نظر گرفته شده است. در مطالعات عددی این تحقیق به دلیل سه بعدی بودن نمونه­­ها و وجود تنش­های اصلی در امتداد محورهای اصلی و همچنین با توجه به مشکلات معیار موهر- کولمب از جمله در نظر نگرفتن اثر تنش میانی و همچنین وجود گوشه­های تیز در محل برخورد وجوه هرم که سبب عدم یگانگی جواب­ها در این نقاط می­شود، برای مدل­سازی رفتار غیر­خطی رس از مدل­CAM CLAY استفاده شده و رفتار ماسه نیز با مدل DRUCKER PRAGER شبیه­سازی شده است.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………  115
5-2   نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………….  115
5-3 پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..  116
 
 
فهرست اشکال
فصل اول معرفی ریزشمع ها
1-1 آرایش پیشنهادی ریزشمع برای تقویت سازه موجود…………………………………………………………………………………………..3
1-2 استفاده از شبکة ریز شمع های قائم و مایل جهت تقویت سازة موجود…………………………………………………………………3
1-3 نمونه ای از کاربردهای ریز شمع………………………………………………………………………………………………………………………6
1-4 مراحل نصب ریز شمع با استفاده از لولة جدار محافظ…………………………………………………………………………………………7
1-5 ریز شمع های نوع 1 (بارگذاری مستقیم)…………………………………………………………………………………………………………10
1-6 ریز شمع های نوع 2  (المان مسلح کنندة خاک)……………………………………………………………………………………………….11
1-7 نمونه ای از کاربرد ریز شمع‌های نوع 1…………………………………………………………………………………………………………..11
1-8 نمونه ای از کاربرد ریز شمعهای نوع 2…………………………………………………………………………………………………………..12
1-9 طبقه بندی ریز شمعها بر اساس روش تزریق……………………………………………………………………………………………………14
1-10 نمونه ای از دستگاه های حفاری میکروپایل……………………………………………………………………………………………………15
1-11 نمونه ای از لوله و دستگاه لوله کوب…………………………………………………………………………………………………………….17
1-12 دستگاه تزریق شامل سه بخش میكسر اولیه، میكسر ثانویه و پمپ تزریق………………………………………………………….18
1-13 تسلیح و نصب فلنج در میکروپایل………………………………………………………………………………………………………………..20
 
      
 
            ت
      فصل دوم مبانی طراحی
2-1 طول چسبندگی در ریز شمع……………………………………………………………………………………………………………….26
2-2 جزئیات اجزای تسلیح ریز شمع……………………………………………………………………………………………………………………..34
2-3 مقایسه ای از ماکزیمم بار های آزمایشهای مربوط به ریز شمع و میخ کوبی، و انکر……………………………………………….46
2-4 جزئیات مربوط به انتقال بار از طریق طول نفوذ غلاف در لایة باربر…………………………………………………………………….53
2-5 تغییرات انتقال بار از طریق طول نفوذ در لایة باربر پیوند با افزایش بار وارده……………………………………………………….54
 
                                                 فصل سوم مدلسازی با نرم افزار PLAXIS
3-1 ورودی نرم افزار……………………………………………………………………………………………………………………………….58
3-2 محاسبات نرم افزار……………………………………………………………………………………………………………………………62
3-3 خروجی نرم افزار…………………………………………………………………………………………………………………………….65.
3-4 نمودار نرم افزار……………………………………………………………………………………………………………………………….66
                 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 
 
 
 
    ح
3-5 نمایی از المان های موجود در نرم افزار Plaxis……………………………………………………………………………………67
3-6 نمایی از تنش های نرمال و برشی………………………………………………………………………………………………………..70
3-7 پلان فونداسیون میکروپایل………………………………………………………………………………………………………………….73
3-8 نمونه ی مدل ساخته شده در نرم افزار………………………………………………………………………………………………….73
3-9 نمای مش بندی شده مدل…………………………………………………………………………………………………………………..75
3-10 محاسبه ی تنش های اولیه در فاز Initial………………………………………………………………………………………….76
3-11 فاز اول مدل سازی میکرو پایل………………………………………………………………………………………………………….77
3-12 فاز دوم از مدل سازی میکرو پایل……………………………………………………………………………………………………..78
3-13 فاز سوم از مدل سازی میکرو پایل…………………………………………………………………………………………………….79
                                                 فصل چهارم مطالعه موردی
4-1 پلان فونداسیون میکروپایل…………………………………………………………………………………………………………………81
4-2 مراحل اجرای میکروپایل…………………………………………………………………………………………………………………….82
4-3 جزییات میکروپایل……………………………………………………………………………………………………………………………82
4-4 شمای کلی از مدل فونداسیون به همراه میکروپایل ها……………………………………………………………………………..88
4-5 نمای مش بندی شده مدل…………………………………………………………………………………………………………………..89
4-6 تنش های اولیه قیل از احداث فونداسیون………………………………………………………………………………………………89
4-7 مش تغییر یافته ی مدل بعد ار بارگذاری……………………………………………………………………………………………….90
4-8 پلان فونداسیون میکروپایل………………………………………………………………………………………………………………….91
4-9 شمای کلی از مدل فونداسیون به همراه میکروپایل ها……………………………………………………………………………..97
4-10 نمای مش بندی شده مدل…………………………………………………………………………………………………………………97
4-11 تنش های اولیه قیل از احداث فونداسیون……………………………………………………………………………………………98
4-12 مش تغییر یافته ی مدل بعد ار بارگذاری……………………………………………………………………………………………..98
4-13 تغییر مکان قائم مدل………………………………………………………………………………………………………………………..99
4-14 نشست الاستیك گروه شمع……………………………………………………………………………………………………………..101
4-15 نشست فونداسیون به ازای طول های مختلف ریز شمع………………………………………………………………………..110
4-16 نشست فونداسیون به ازای تعداد مختلف ریز شمع………………………………………………………………………………111
4-17 نمایی از زوایای مورد بررسی قرار گرفته ی ریز شمع…………………………………………………………………………112.
4-18 نشست فونداسیون به ازای زوایای مختلف ریز شمع……………………………………………………………………………113
 
 
 
 
 
چ
فهرست جداول
2-1 ضرایب اطمینان طراحی در حالتهای کششی و فشاری…………………………………………………………………………………………………27
2-2 اطلاعات لازم جهت تعیین ضریب a…………………………………………………………………………………………………………………………28
2-3 مقاومت اسمی پیوند به ازای رنج خاکهای مختلف………………………………………………………………………………………………………29
2-4 ماکزیمم بارهای بکار برده شده در آزمایش ریز شمعها، میخ کوبیها و انکرها………………………………………………………………….47
3-1 مشخصات واحدهای استفاده شده…………………………………………………………………………………………………………………………….72
3-2 مشخصات مصالح ژئوتکنیکی مدل…………………………………………………………………………………………………………………………..75
3-3 فازبندی مسئله………………………………………………………………………………………………………………………………………………………76
4-1 مقدار مقاومت اسمی………………………………………………………………………………………………………………………………………………86
4-2 نحوة اعمال گام های بارگذاری آزمایش تخریبی……………………………………………………………………………………………………….106
4-3 نحوة اعمال گام های بارگذاری آزمایش غیر تخریبی…………………………………………………………………………………………………108
4-4 نشست فونداسیون به ازای طول های مختلف ریز شمع…………………………………………………………………………………………….109
4-5 نشست فونداسیون به ازای تعداد مختلف ریز شمع………………………………………………………………………………………………….110
4-6 نشست فونداسیون به ازای زوایای مختلف ریز شمع………………………………………………………………………………………………..112
 
 
 
 
 
فصل اول
معرفی ریزشمع ها
 
 
1-1 ریزشمع ها
بطور کلی در مواجهه با خاک های مسئله دار نظیر خاک های سست با قابلیت باربری کم، نشست پذیری زیاد، روانگرا و خاک های دستی ، دو راه پیش روی مهندسین ژئوتکنیک قرار دارد :
الف : استفاده از المانهای باربر در خاک
ب : بهسازی و اصلاح خواص فیزیکی- مکانیکی تودة خاک
هر یک از راه حل های فوق دارای روشها و مشخصات مربوط به خود می‌باشند که طی سالیان متمادی توسعة فراوانی یافته اند. برخی از تکنیک های ابداعی نیز ماهیتی ترکیبی از دو دستة فوق داشته و مزایای هر دو دسته را تا حدودی بهمراه دارند. از آن دسته میتوان به استفاده از ریز شمع ها بهمراه تزریق دوغاب سیمان اشاره نمود.
در شکل 1-1 آرایش پیشنهادی ریز شمع ها برای تقویت سازة موجود، نشان داده شده است. همچنین در شکل 1-2 استفاده از شبکة ریز شمع های قائم و مایل جهت تقویت سازة موجود، ارائه گردیده است.

یکی از شاخه­های مهم و تخصصی علم مهندسی، شناسایی مشخصات فیزیکی و هندسی درون اجسام است. از مسائل شناسایی می­توان به شناسایی مدول الاستیسیته و نسبت پواسون مربوط به ناخالصی­های درون اجسام، شکل و موقعیت ریز حفره­ها، مرز بین اجسام ناهمگن و غیره اشاره کرد. روش­های غیر مخربی مانند تست رادیوگرافی به دلیل هزینه بالا برای تولیدات در حجم زیاد، اقتصادی نمی­باشند و استفاده از روش­های دیگر همچون تست­های غیر مخرب همچون آزمایش کشش، انتقال حرارت، ارتعاشات و غیره امروز رو به توسعه است. از آنجا که طبیعت حاکم بر این گونه مسائل غیر خطی و بدخیم می­باشد، از ترکیب یک روش عددی برای حل معادله دیفرانسیل حاکم بر مساله و روش­های دیگر برای بهینه کردن تابع معکوس استفاده می­شود.

همانطور که در بالا اشاره شد همواره یکی از تلاش­های مهندسین تعیین ساختار داخلی اجسام به روش­های غیر مخرب بوده است که به واسطه پیچیدگی ذاتی، تحلیل مشخصات درونی مواد معمولا با استفاده از تقریبات متعدد انجام می­شود. روش­های مختلفی برای شناسایی ساختار درونی مواد وجود دارد که از کاربرد­های این روش­ها می­توان به تخمین مدول الاستیسیته، تخمین خرابی در جسم جامد الاستیک و آشکار سازی حفره زیر سطح اشاره نمود.

مهم­ترین مزیت روش المان­های مرزی در مقایسه با سایر روش­های عددی این است که معادلات انتگرالی حاصل، معادلات انتگرالی مرزی بوده لذا حل آن­ها تنها نیازمند افراز نمودن مرز مساله می­باشد این در مقایسه با روش­های دیگر همچون المان محدود و تفاضل محدود که نیازمند افراز نمودن کل دامنه می­باشند باعث کاهش بعد مسئله شده و به طور موثری کارایی محاسباتی را بالا می­برد. به عبارت دیگر در روش المان­های مرزی مسائل دو بعدی و سه بعدی به ترتیب به مسائل یک بعدی و دو بعدی تبدیل می­شوند.

در تحقیق حاضر، ابتدا معادلات الاستیسیته دو بعدی با روش المان­های مرزی [1] حل شده است. اولین گام در حل این معادلات بدست آوردن شکل تابع وزن می­باشد. جهت بدست آوردن شکل تابع وزن از تابع دلتای دیراک کمک گرفته شده است. این تابع وزن را اصطلاحاً تابع گرین مساله نیز می­نامند. با بدست آوردن شکل تابع وزن و تبدیل کلیه­ی انتگرال­های دامنه­ای به  انتگرال­های مرزی با استفاده از انتگرال گیری جزء به جزء ، شکل نهایی انتگرال­های مرزی بدست آمده و بعد از آن نسبت به حل معادلات انتگرال مرزی اقدام شده است. با توجه به هندسه ناحیه حل و المان بندی مسئله تعداد 4*N معادله بدست می­آید(N تعداد المان) که این تعداد در روش اختلاف محدود N^2  است. با حل این انتگرال­های مرزی برای المان­های انتخاب شده روی مرز دامنه­ی مورد بررسی، جواب کلی معادله بدست می­آید. تنها موردی که کاربرد این روش را مشکل می­نماید یا­فتن شکل تابع گرین در هر مساله جدید می­باشد.

برای حل معادله انتگرال مرزی ضمن گسسته کردن معادله، از روش قدم برداری زمانی با گام پیوسته استفاده شده است. در روش قدم برداری زمانی با گام پیوسته، زمان اولیه انتگرال گیری  t0 فرض می­شود و سپس برای هر گام زمانی انتگرال گیری لازم از معادلات انجام می­ 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 شود. لازم به توضیح است که انتگرال گیری برای زمان­های بعد مجدداً از زمان t0  شروع می­شود.

در ادامه باید ابتدا به حل مستقیم مسئله الاستیسیته دو بعدی به روش المان مرزی با استفاده از نوشتن کد کامپیوتری پرداخته و بعد از حل مستقیم، به حل معکوس معادله الاستیسیته دو بعدی پرداخته می­شود. در حل مسائل مستقیم، معادلات دیفرانسیل جزئی (PDE) عموما با مشخص بودن شرایط مرزی، شرایط اولیه و تمام مقادیر ثابت مربوط به خواص فیزیکی و شکل هندسی  ماده در معادلات حاکم، برای یک دامنه معین حل می­شوند. در مساله معکوس یک یا چند پارامتر که مربوط به مقادیر ثابت در شرایط مرزی، اولیه یا فیزیک مسئله هستند مجهول می­باشند که با استفاده از انتگرال گیری متغیرهای وابسته روی کرانه دامنه مذکور و با استفاده از روش بهینه سازی این پارمترهای مجهول تخمین زده می­شوند.

مسائل مستقیم جزء مسائل خوش وضع هستند.یک مسئله خوش وضع نامیده می­شود اگر دارای سه شرط زیر باشند:

• یک جواب برای مساله وجود داشته باشد(شرط وجود)

• جواب مساله یکتا باشد(یکتایی)

• جواب فقط به معلومات مساله وابسته باشد(پایداری)

مسائل معکوس جزء مسائل بد وضع طبقه بندی می­شوند و حداقل یکی از شرایط فوق را ندارد.

روش­های بهینه سازی متعددی برای حل مسایل معكوس وجود دارد. از رایج­ترین و قد­یمی­ترین روش های بهینه سازی، روش­های محلی است كه عمدتاً بر مبنای گرادیان تابع هدف كار می­كنند. با توجه به سرعت همگرایی بالا و تخمین خوب مقادیر مجهول عیب اصلی این روش­ها گیر افتادن در نقاط بهینه محلی و عدم حركت این الگوریتم­هاست .معمولا حدس اولیه مناسب و نزدیك به جواب راهكار مناسبی برای حل این مشكل می­باشد . علاوه بر این مسائل معكوس طراحی كه به منظور تخمین هندسه انجام می شود، بد وضع بوده و به شدت به خطاهای ورودی حساس می­باشند كه برای رفع این مشكل از توابع تنظیم استفاده می­شود. روش­های تنظیم متعددی برای حل مسائل معكوس وجود دارد كه از مهم­ترین آن­ها می­توان روش تنظیم تیخونوف [3] و روش تنظیم بك [4] را نام برد . گر چه  هر كدام از این روش ها دارای مزایایی است، ولی هیچ یك به طور قطعی موثر واقع نشده است.

از دیگر روش­های بهینه سازی روش­های همگانی هستند كه معمولا تصادفی بوده و با مقدار مستقیم تابع هدف سرو كار دارند. الگوریتم ژنتیك در زمره روش­های همگانی و تصادفی بوده كه برای تخمین پارامترهای مجهول چه برای مسائل خطی و چه برای مسائل غیر خطی به كار می رود. در [5] هندسه و موقعیت حفره درون یك قاب دوبعدی به وسیله تلفیق سه روش المان مرزی، الگوریتم ژنتیك و گرادیان مزدوج، با آزمایش كشش بررسی شده است. در این تحقیق سازگاری روش­های الگوریتم ژنتیك و گرادیان مزدوج با روش المان­های مرزی كاملاً مشهود است . مقاله حاضر یك جسم دو بعدی با یك حفره را مورد بررسی قرار داده، ولی روش بطور كلی محدودیتی ندارد . بسط به مسائل سه بعدی و سازه­های داخلی پیچیده­تر قابل بررسی می باشد .همچنین روش مطرح شده می تواند در زمینه انجام آزمایشات غیر مخرب كاربردی موثر داشته باشد.

در این پروژه پس از حل مستقیم مسئله الاستیسیته دوبعدی به روش المان­های مرزی برای بدست آوردن جابه­جایی­ها و ترکشن­ها، به حل معکوس مسئله پرداخته می­شود. برای حل مساله معکوس از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک استفاده می­شود. این الگوریتم از یک روش بهینه سازی استفاده می­کند تا ساختار محیط را به وسیله مینیمم کردن یک تابع هدف مناسب بدست آورد. این تابع هدف خطای بین داده اندازه­گیری شده و داده تحلیلی را مدل می­کند. نوع الگوریتم بهینه سازی تابع هدف، بهینه سازی همگانی (الگوریتم ژنتیک) می­باشد.

سرعت الگوریتم محلی نسبت به نوع همگانی بیشتر است. در صورتی که این الگوریتم به درستی مقدار­دهی نشود ممکن است در مینیمم محلی گیر بیفتد که در این صورت الگوریتم به جواب نادرست می­رسد. برای رفع مشکلات الگوریتم محلی از الگوریتم بهینه سازی همگانی (الگوریتم ژنتیک) استفاده می­شود. این روش مزیت­هایی از قبیل توانایی جستجوی قوی، سادگی، تطبیق پذیری و غیر حساس بودن به حالت بد وضعی را دارا می­باشد. در عوض معایبی دارد از جمله اینکه نیاز به زمان زیاد جهت اجرا دارد.

[1] Elastostatic

[2] Boundary element method

[3] Genetic Algorithm

[4] Conjugate Gradient Method

[5] Simplex

[6] Tractions

[7] -Multi-Modality

[8] Ill pose

[9] Local optimization

[10]  Finite difference method(FDM)

[11]  Finite volume method(FVM)

[12]  Finite element method(FEM)

[13]  Boundary element method(BEM)

[14]  Partial Differential Equation)PDE(

[15] Well pose

[16] Ill pose

1-1 پیشگفتار

یکی از این دست مسائل که برای کابل­ها به وجود می آید و باید در طراحی­ها مورد توجه قرار گیرد پدیده گالوپینگ است. گالوپینگ در لغت به معنای تاختن و چهار نعل رفتن اسب است و در اصطلاح فنی به نوسانات غیر خطی بر انگیخته با فرکانس پایین و دامنه نوسان بالا اطلاق می شود که بر روی خطوط انتقال انرژی الکتریکی اتفاق می افتد. چنین پدیده ای در لوله های دراز، تجهیزات مربوط به پرتاب سفینه های فضایی و پل های معلق نیز دیده می شود. این پدیده بیشتر زمانی مشاهده می شود که سطح مقطع کابل بر اثر یخ زدن از حالت تقارن خارج می شود. به همین دلیل این پدیده بیشتر در مناطقی اتفاق می افتد که دارای آب وهوای سرد می باشند وبادهای نسبتا قوی نیز در این 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  مناطق می وزد. در اثر این پدیده نوسان­های با دامنه بالا در خطوط انتقال انرژی الکتریکی بوجود می آید که این مساله خود باعث بروز مشکلات عمده ای می شود.

ناتوانی در جلوگیری از پدیده گالوپینگ منجر به خرابی کابل­ها، برخورد هادی با زمین، خرابی ناگهانی سیم­های عایق، سازه های نگهدارنده واجزای برج­ها، شل شدن وبیرون آمدن کمربند برج­ها، خستگی دراجزای برج­های فولادی وخستگی هادی در اثر کشش می شود. همچنین در اثر این پدیده امکان برخورد بین فازها و ایجاد جرقه­هایی بین کابل­ها وجود دارد که این باعث ضعیف شدن و خرابی سیستم تولید توان الکتریکی می شود.

به دلیل مخرب بودن این پدیده پژوهش­های تحلیلی و آزمایشگاهی بسیاری در این زمینه انجام شده است. این پدیده حداقل از سال1930 مشاهده شده است و با وجود پژوهش­های بسیار در این زمینه تا کنون مساله مربوط به این پدیده کاملا حل نشده است. شاید یک دلیل برای این موضوع وجود نداشتن یک مدل ساده وجامع برای این پدیده باشد.

پدیده گالوپینگ هم در کابل­های تک و هم در کابل­های باندول دوتایی و سه تایی می تواند به وجود آید. استفاده از کابل های باندول شده برای انتقال انرژی الکتریکی بهترین واقتصادی ترین راه حل می باشد. اما مسئله ای که وجود دارد این است که کابل­های باندول شده به دلیل الاستیسته زیاد نسبت به سرعت باد بسیار حساس می باشند و گزارشات نشان می دهد که کابل­های باندول شده بیشتر از هادی های تک دچار پدیده گالوپینگ می شوند. همان­گونه که گفته شد هر گاه سطح مقطع کابل از حالت متقارن خارج شود احتمال رخ دادن پدیده گالوپینگ بیشتر می شود. یخی که بر روی هادی­های باندول شده شکل می گیرد نسبت به یخی که بر روی هادی های تک می­نشیند غیر متقارن تر است بنابراین سطح مقطع هادی­های باندول شده از نظر آیرودینامیکی می تواند ناپایدارتر از هادی­های تک باشد. در هادی­های تک چون کابل سختی کمتری دارد می­تواند حول محور مرکزی خود گردش داشته باشد که در هنگام شکل گیری یخ، این چرخش باعث می شود که یخ حاصله به حالت تقارن نزدیک­تر باشد در حالی که هادی­های باندول شده دارای سختی پیچشی بیشتری هستند که از این چرخش جلوگیری می کند وسبب می شود که یخ به صورت نامتقارن شکل بگیرد.

1-1- پیشگفتار

در سال 2400 قبل از میلاد مصریها از سیال برای کاهش تعداد نیروی انسانی مورد نیاز برای کشیدن بلوکهای سنگی بزرگ استفاده کردند. بعد از آن حدود سال 1100 قبل از میلاد استرالیائی­ها از غلتکهای چوبی برای بلوکهای مشابه استفاده کردند اما آنها متوجه مفهوم غلتش به جای لغزش شدند و این موجب توسعه بلبرینگهای غلتشی شد.

بنابراین اختراع بیرینگ یا آنچه كه بنام بلبرینگ در صنعت شناخته شده است به هزاران سال قبل بر می­گردد. در آن زمان بشر دریافت كه حركت چرخشی به مراتب ساده تر از حركت لغزشی صورت می پذیرد لذا اگر در وسائلی نظیر چرخ ارابه ها و گاری­ها یا سنگ­های آسیاب قدیمی از سنگ یا چوب بصورت گویچه ها   ( ساچمه ) در آورده و ما بین قطعاتی كه نسبت به هم حركت دارند، قرار دهد، به مراتب انرژی كمتری مصرف شده و بر نیروی اصطكاك موجود مابین قطعات مزبور غلبه خواهد كرد. بدین ترتیب در گذر زمان بتدریج،گویچه ها بصورت كامل در آمده و با گرفتن حلقه های داخلی و بیرونی و قطعاتی نظیر قفسه، شكل بیرینگ امروزی را به خود گرفتند.

بیشتر پیشرفت­هائی كه در زمینة صنایع و مهندسی صنایع در جهان صورت گرفته و یا می­گیرد كه جزو لاینفك قرن حاضر می باشند بدون وجود بیرینگ ها كه تا حد زیادی بر نیروی اصطكاك موجود در تمامی ماشین آلات و صنایع ماشین سازی و الكتریكی و خانگی و در صنایع خودروسازی غلبه می كند، امكان پذیر نبوده و با پیشرفت روز افزون در صنایع ماشین سازی و خودروسازی روز بروز بر اهمیت وجود بیرینگ ها افزوده می شود.

ازنظرتاریخی زمان اختراع بیرینگ ها بطور دقیق مشخص نیست اما با وجود كشفیات و شواهد تاریخی   می توان گفت كه ساخت بیرینگ به دوران روم باستان بر می گردد كه پیشروان صنعت بیرینگ در آن زمان زندگی می كرده اند، زیرا هنگامی كه در سال 1928 دریاچة نمی خشك شد بر روی یكی از دو كشتی پاروئی كه از زمان امپراطور بزرگ روم كالیگولا باقی مانده بود بلبرینگی یافت شد كه تكیه گاههای آن از چوب ساخته شده بود و دارای ساچمه های برنزی بود، كه از نظر شكل نیز شبیه بلبرینگ های امروزی بوده است. احتمالاً این بلبرینگ در زیر مجسمة بسیار بزرگی برای حمل و یا چرخش آن قرار داده شده بود.

1500 سال بعد لئوناردو داوینچی فیلسوف و ریاضیدان ایتالیائی در دوران حیات خود محاسباتی بر روی یاتاقانهای غلطشی انجام داد كه بر حسب آن محاسبات بلبرینگ بصورت ابتدائی ساخته شد و می توان گفت كه تا حدود اواخر قرن نوزدهم و تا زمان اختراع دوچرخه و چرخ خیاطی، ماشین بخار، ماشین آلات نساجی و غیره اقدامات چندانی در تكمیل و ساخت بیرینگ ها صورت نگرفته بود.

در اواخر قرن نوزدهم با گسترش صنعت دوچرخه سازی اولین تقاضا برای یاتاقانهای بدون اصطكاك بود لذا در همین عرصه كارخانه هائی 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  درانگلستان و آلمان شروع به ساختن ساچمه های فولادی كردند كه تقریباً در همین زمان نیز بلبرینگ به نسبت خیلی كم برای كارهای مهندسی در امریكا ساخته می شد. با اینكه دانش بشر در زمینة بیرینگ ها در سطح ابتدائی بود اما نیاز به وجود اجسامی كه بتواند خصوصیات مربوطه را داشته باشند و به مقدار بسیار زیادی بر نیروی اصطكاك فائق آید بیشتر احساس می شد. بعدها دانشمندی بنام رابت استریبک تحقیقات اساسی در مورد مهندسی بیرینگ انجام داد. در همین زمان بود كه گسترش صنعت اتومبیل سازی بهترین زمینة تقاضا برای این محصول بود. بنابراین در عرض ده سال یعنی از سال 1902 الی 1912 بیش از هفت نوع بیرینگ كه امروزه نیز مورد استفاده قرار میگیرد ساخته شد.

با ایجاد تحول اساسی در تكنولوژی طی سده های نوزدهم و بیستم به جهت گسترش نیازهای بشری و پیشرفت سریع تكنولوژی در عرصه های صنایع ماشین های ابزار و افزار، صنایع خودروسازی، وسایل خانگی، سازه های فضائی و بسیاری از صنایع دیگر این محصول نیز روزبروز تكامل یافته تر شد. چرا كه این محصول رابطة تنگاتنگی با كارآئی دستگاهها و خودروهای ساخته شده و ارتباط قریبی با ارتقاء سطح تكنولوژی بشری دارد.

البته تولید بیرینگ ها بصورت انبوه، مدرن و استاندارد به سال 1907 بر می گردد. در این سال مهندسی در یك كارخانه نساجی به سبب بروز مشكلاتی كه از شكستن بیرینگها در اثر خمش شفت متوجه خط تولید می شد به فكر ساخت برینگی افتاد كه بتواند خود را با خمش شفت مطابقت  دهد كه این شخص دكتر سوان وینكوئیست بنیانگذار شركت –- بلبـرینـگ  SKF  سوئـد بوده  كه به اخـتراع بلبرینـگ های خود تنـظیم  دســت یافـت. امروزه بیرینگها در انواع متنوع و مختلف در ابعاد بسیار وسیعی در سراسر دنیا توسط شركتهای SKF تولید می شود.

تضمین كیفیت و كارآئی مناسب بیرینگها تحت دورها و شرایط پیچیدة بارهای اعمال شده و شرایط استثنائی نظیر كار در درجه حرارتهای بحرانی، خلاء و محیطهای خورنده و غیره از دلائل عمده ای است كه تأكید بر گسترش دامنة مطالعات و تحقیقات و پیشرفت روز افزون در تكنولوژی ساخت بیرینگ ها در این عرصه از صنعت را دارد.

1-2- بیان مسئله

در این تحقیق فرض می­شود که محور می تواند آزادانه حول محور z دوران کند در تحلیلهای ارتعاشی فرض می شود که دامنه ارتعاشات منتقل شده به بلبرینگ خیلی کوچکتر از جابجایی بلبرینگ به خاطر پیش بار و بارهای خارجی باشد. با داشتن فرضیات فوق، مدل سیستم خطی متغیر با زمان به شکل زیر معرفی می گردد:

که M و C و K به ترتیب جرم و دمپینگ و سختی بلبرینگ و  به ترتیب بردارهای نیروی کلی و جابجایی کلی بلبرینگ می باشند. پس از استخراج مولفه های مختلف ماتریس سختی سیستم، تاثیر این مولفه ها بر مشخصه های ارتعاشی مانند فرکانس های طبیعی، شکل مودهای سیستم و … بررسی خواهد شد.

بنابراین اهداف این تحقیق به شرح زیر خواهد بود:

• توسعه یک ماتریس سختی جدید برای بلبرینگ ساچمه ای تماس زاویه ای دو ردیفه

• توسعه یک مدل تحلیلی ساده برای سیستم محور- بلبرینگ

• محاسبه مولفه های ماتریس سختی و بررسی نقش آنها در مشخصات ارتعاشی سیستم محور- بلبرینگ

• بررسی تاثیر پیش بار بر خصوصیات ارتعاشی سیستم