تحلیل کمانش و ارتعاشات ستون‌های با مقطع متغیر تحت تغییرات حرارتی

doi
چکیده

استفاده از اعضای با مقطع متغیر به‌علت صرفۀ اقتصادی کاربرد فراوانی در سازه‌های فولادی به‌خصوص سوله‌های صنعتی دارد. اما با افزایش دمای ناشی از تغییرات حرارتی، مشخصات مقاومتی و سختی اعضای قاب‌های صنعتی به‌سرعت کاهش می‌یابد. برای طرح کامل و ایمن لازم است پایداری (کمانش حرارتی) در قاب‌های صنعتی بررسی شود. در مقالۀ حاضر، کمانش حرارتی و ارتعاشات ناشی از تغییرات حرارتی ستون‌های الاستیک غیرمنشوری با روش رایلی-ریتز بررسی می‌شود. در گام اول، با استفاده از روش همیلتون، معادلۀ دیفرانسیل حاکم استخراج می‌گردد. در گام بعدی، شکل ضعیف معادلۀ دیفرانسیل محاسبه شده و از سری چبیشف به‌عنوان تابع تغییرمکان عرضی و تابع وزن استفاده می‌گردد. در گام آخر، پس از استخراج ماتریس‌های سختی مصالح، سختی هندسی و ماتریس جرم در نهایت مقادیر ویژۀ معادله بررسی می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که افزایش هم‌زمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ) تأثیر قابل‌توجهی در افزایش ضریب طول مؤثر (K) و کاهش ظرفیت بارکمانشی (Pcr) در تمامی شرایط مرزی تکیه‌گاهی مختلف دارد. هم‌چنین افزایش هم­زمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ)  بسته به نوع شرایط مرزی تکیه‌گاهی سبب افزایش یا کاهش فرکانس طبیعی بی‌بُعد (ω) می­گردد. برای به‌کارگیری نتایج در محاسبات مهندسی، از منحنی­های هم‌تراز برای ارائۀ نتایج و نمایش نمودارها استفاده می­شود. از نتایج تحقیق­های پیشین برای اعتبارسنجی استفاده می­شود. تطابق قابل‌قبولی بین نتایج حاضر و تحقیق­های پیشین برقرار است.