دینامیک سازه در چه حوزه هایی کاربرد دارد؟

دینامیک سازه در چه حوزه هایی کاربرد دارد؟
دینامیک سازه در حوزه های مختلفی مانند عمران، دریا، هوافضا و دیگر حوزه های مرتبط با سازه های مهندسی کاربرد دارد. در ادامه به معرفی برخی از این کاربردها می پردازیم.

کاربرد دینامیک سازه در مهندسی عمران چیست؟
هنگامی که یک ساختمان در معرض زلزله، باد، لرزش و دیگر بارهای دینامیک قرار می گیرد، مقدار، جهت گیری و محل اعمال بارها در مدت بارگذاری به میزان زیادی تغییر می کند.

عکس العمل ساختمان در این شرایط با شرایط بارگذاری استاتیک متفاوت است. تأثیر اعمال بارهای استاتیک بر روی یک ساختمان، عمدتا به صورت ایجاد نیروهای داخلی و تغییر شکل آن است.

در صورتی که تأثیر بارهای دینامیک، حرکت شتاب دار ناشی از لرزش و کاهش حرکت به دلیل اثر میرایی است.

بارهای دینامیکی علاوه بر تغییر شکل ساختمان، با ایجاد نیروی اینرسی ناشی از حرکت شتاب دار، ساختمان را وادار به نشان دادن عکس العمل در برابر نیروی داخلی، تغییر شکل، حرکت، جابه جایی، شتاب و غیره می کنند.

ساختمان، یک سازه مهندسی است که از اتصال چندین عضو به یکدیگر تشکیل می شود. با توجه به مصالح مورد استفاده، این سازه به انواع بتنی، فولادی، چوبی و کامپوزیتی تقسیم می شود.

کاربری، ظاهر، طراحی، الزامات اجرایی، مصالح و سطح مقطع سازه های ساختمانی بسیار متنوع است.

هنگامی که یک ساختمان نامنظم در معرض تنش قرار می گیرد، فعل و انفعالاتی بین برخی از عضوهای نامنظم آن به وجود می آید.

این فعل و انفعالات باعث پیچش سازه می شوند. در محل اتصال عضوهای نامنظم، تمرکز تنش و تغییرشکل رخ می دهد.

تمرکز تنش می تواند شکست سازه را در پی داشته باشد. به طور کلی، تحلیل یکنواخت بودن مقاومت جانبی ساختمان (عدم وجود نواحی تمرکز تنش) در شرایط بارگذاری زلزله، بارگذاری زلزله به همراه بارگذاری باد، بارگذاری مرده به همراه بارگذاری زنده و بارگذاری تصادفی ضروری است.

علاوه بر این، انجام آزمایش های برجا نیز به درک بهتر ظرفیت باربری ساختمان کمک می کنند.

کاربرد دینامیک سازه در مهندسی دریا چیست؟
افزایش تقاضا برای استخراج نفت، گاز و مواد معدنی در سال های اخیر باعث رشد سریع حوزه مهندسی دریا شده است.

مباحث مختلف زیادی در زمینه رابطه بین مهندسی دریا و دینامیک سازه وجود دارد. دینامیک سازه های دریایی، برهم کنش بین موج و فونداسیون بستر دریا با سازه را مورد مطالعه قرار می دهد.

در واقع، دینامیک سازه های دریایی، یک حوزه بین رشته ای است که دینامیک سازه، دینامیک خاک، زمین شناسی، اقیانوس نگاری، احتمالات ریاضی، روش های کامپیوتری، رویکردهای تجربی و دیگر حوزه ها را با هم ترکیب می کند.

بارهای دینامیکی سازه های دریایی به دو گروه بارهای طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. بر اساس منشا بار، بارهای طبیعی را می توان به بارهای سیال، باد، زلزله و یخ های شناور تقسیم کرد.

در طرف مقابل، بارهای دینامیکی مصنوعی (با منشا انسانی) به دلیل فعالیت هایی نظیر حفاری، حرکت کشتی یا دستگاه ها، استفاده از جرثقیل، انفجار و غیره به وجود می آیند.

بارهای دینامیکی مصنوعی معمولا به عنوان بارهای سیال در نظر گرفته می شوند.

بارهای سیال توسط موج، جریان، گرداب، فرارفت، موج شکنا و غیره به وجود می آیند. منشا تشکیل موج، وزش باد بر روی سطح آب است.

شکل سطح موج به منحنی سینوسی ایدئال در اعماق آب نزدیک و دامنه آن کوچک است. به طور کلی، دوره تناوب و ارتفاع به عنوان مشخصات اصلی موج در نظر گرفته می شوند.

بارهای زلزله و یخ شناور، از موارد به خصوص در دینامیک سازه های دریایی هستند. در حالت عادی از وجود این بارها صرف نظر می شود.

با این وجود، قرارگیری سازه در نواحی مستعدد زلزله یا محدوده یخ شناور، اهمیت تحلیل این بارها را بالا می برد. علاوه بر این موارد، خستگی نیز یکی از مهم ترین مسائل موجود در تحلیل سازه های دریایی است؛ چراکه احتمال اعمال بارهای چرخه ای بر روی این سازه ها بیشتر از سازه های روی زمین است.

در بارگذاری های چرخه ای بلند مدت، رخ دادن ترک و گسترش آن حتی در شرایط بارگذاری کم نیز می تواند آسیب های جدی را به همراه داشته باشد.

در سازه های دریایی، مسائل دینامیکی مربوط به ساخت و نصب سازه وجود دارد. این مسائل با شرایط عادی متفاوت بوده و نیازمند رعایت الزامات ویژه هستند.

عکس العمل دینامیکی سازه در شرایط پایداری شناوری، یدک کشی و غوطه وری در حین حمل و نقل، تحلیل شمع کوبی، بررسی تنش های محلی هنگام نصب کیسون بر روی فونداسیون غیریکنواخت و غیره از مسائل ویژه دینامیک سازه های دریایی محسوب می شوند.

علاوه بر این، موارد دیگری نظیر پایداری فونداسیون، روانی خاک، عملکرد دینامیکی مواد، تمرکز تنش دینامیک، پلاستیسیته دینامیک، ترک خوردگی، اختلاف دما، سونامی، رانش زمین، تحلیل عدم قطعیت و استانداردهای تلورانس ارتعاش نیز از مسائلی هستند که در دینامیک سازه های دریایی مورد بررسی قرار می گیرند.

کاربرد دینامیک سازه در مهندسی هوافضا چیست؟
هواپیما، سازه ای است که بدنه آن اغلب در معرض بارهای دینامیکی مختلف قرار می گیرد. به همین دلیل، تحلیل لرزش ها و ضربه های وارده بر هواپیما برای بهبود عملکرد آن از اهمیت بالایی برخوردار است.

میزان آسیب وارده بر این سازه هوایی به وضعیت حرکت، محیط فعالیت و خصوصیات دینامیکی آن بستگی دارد. از این رو، مقاومت دینامیکی به عنوان یک مسئله مهم در فرآیند طراحی و ساخت هواپیما تبدیل شده است.

با پیشرفت روش های تحلیل مقاومت سازه ای و آزمایش های هواپیما در سال های اخیر، کاربرد دینامیک سازه در حوزه طراحی هواپیما جهش قابل توجهی پیدا کرد.

از مهم ترین پیشرفت ها و دستاوردها در این زمینه می توان تحلیل دینامک سازه پیچیده هواپیما، شبیه ساز آزمایش دینامیکی، تکنولوژی طراحی آزمایش های لرزه ای برای هواپیماهای بزرگ، تحلیل شرایط محیطی تجهیزات هوایی، تحقیق بر روی دینامیک سازه هوایی کامپوزیت، پیش بینی صدای هواپیما و تحلیل زمانی خستگی آکوستیک را نام برد.

با تمام پیشرفت های حاضر، دینامیک سازه های هوایی یکی از حوزه های در حال توسعه مهندسی هوافضا محسوب می شود و مسائل حل نشده زیادی در این حوزه وجود دارد.

به عنوان مثال، به دلیل پیچیدگی منبع ارتعاش، بارهای دینامیکی به طور دقیق قابل تعریف نیستند؛ به دلیل دشوار بودن شرایط مرزی، تحلیل عکس العمل دینامیک سازه های بزرگ و پیچیده به اندازه کافی دقیق نیست؛ و تعیین ویژگی میرایی سازه های پیچیده، دشوار است.