تعریف بارگذاری ضربه ای در سازه

تعریف بارگذاری ضربه ای در سازه:
برای درک نحوه واکنش سازه ها در هنگام اعمال بارهای ضربه ای، فرآیند اصابت یک شی در حال سقوط به انتهای یک میله منشوری را مورد بررسی قرار می دهیم (شکل زیر).

در این فرآیند، حلقه M که در حالت سکون قرار دارد، از ارتفاع h بر روی فلنج موجود در انتهای میله AB سقوط می کند.

هنگام اصابت حلقه به فلنج، طول میله افزایش می یابد و منجر به ایجاد تنش های محوری درون میله می شود.

در یک بازه زمانی بسیار کوتاه (در حدود چند میلی ثانیه)، فلنج به سمت پایین حرکت می کند و به موقعیت حداکثر جابه جایی خود (δmax) می رسد.

پس از این لحظه، با ایجاد لرزش طولی در میله و حرکت آن در جهت بالا و پایین، طول میله کاهش، سپس افزایش و دوباره کاهش می یابد.

این لرزش مشابه لرزش ایجاد شده در هنگام کشیدن و رها کردن یک فنر یا جابه جایی های یک فرد در حین انجام بانجی جامپینگ است.

پس از مدت کوتاهی، این لرزش ها به دلیل وجود اثرات میرایی متوقف می شوند و با قرارگیری حلقه بر روی فلنج، میله به حالت سکون بازمی گردد.

واکنش میله به حلقه در حال سقوط بسیار پیچیده است. به همین دلیل، به منظور اجرای یک تحلیل دقیق و کامل بر روی این فرآیند باید از روش های پیشرفته ریاضی کمک گرفت.

اگرچه، با استفاده از مفهوم انرژی کرنشی و در نظر گرفتن فرضیات ساده سازی می توان واکنش این میله به بارگذاری ضربه ای را به صورت تقریبی مورد ارزیابی قرار داد.

برای شروع تحلیل، انرژی سیستم پیش از رهاسازی حلقه را در نظر بگیرید. انرژی پتانسیل حلقه نسبت به ارتفاع فلنج برابر Mgh است. پارامتر g، شتاب جاذبه زمین (9.81 متر بر مجذور ثانیه) را نمایش می دهد.

با سقوط حلقه، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در لحظه اصابت حلقه به فلنج، انرژی پتانسیل آن به صفر و انرژی جنبشی آن به Mv2/2 می رسد.

که در این رابطه، v برابر سرعت حلقه در لحظه اصابت با فلنج است و مقدار آن از طریق عبارت 0.5(2gh) به دست می آید.

پس از لحظه اصابت، انرژی جنبشی حلقه به شکل های دیگر انرژی تبدیل خواهد شد. بخشی از انرژی جنبشی، به انرژی کرنشی میله کشیده شده تبدیل می شود.

یک بخش دیگر از این انرژی به صورت گرما و تغییر شکل پلاستیک در ناحیه اصابت حلقه به فلنج هدر می رود. بخش کوچکی از آن نیز به صورت انرژی جنبشی باقی می ماند.

انرژی جنبشی باقیمانده یا باعث حرکت بیشتر حلقه در جهت پایین می شود یا حلقه را به مقدار کمی در جهت بالا پرتاب می کند.

به منظور اجرای یک تحلیل ساده بر روی این شرایط پیچیده، فرضیات زیر را در نظر می گیریم:

حلقه و فلنج به گونه ای هستند که در هنگام اصابت، حلقه به فلنج می چسبد و با آن به سمت پایین حرکت می کند.

به عبارت دیگر، حلقه در لحظه اصابت به فلنج، هیچ حرکت رو به بالایی نخواهد داشت. اگر جرم حلقه نسبت به جرم میله بزرگ باشد، احتمال وقوع این رفتار وجود دارد.

هیچ هدر رفت انرژی در طی این فرآیند رخ نمی دهد و تمام انرژی جنبشی به انرژی کرنشی تبدیل می شود. تنش های محاسبه شده در این حالت بیشتر از تنش ها در حالتی است که هدر رفت انرژی در آن در نظر گرفته می شود.

هیچ تغییری در انرژی پتانسیل میله رخ نمی دهد. به علاوه، انرژی کرنشی حاصل از وزن میله نیز نادیده گرفته می شود.این فرضیات تأثیر بسیار کمی بر روی نتایج به دست آمده دارند.

تغییرات تنش های درون میله در ناحیه الاستیک خطی قرار دارند.

توزیع تنش در این شرایط با توزیع تنش در شرایط اعمال یک بار استاتیک در انتهای پایینی میله یکسان است.

به عبارت دیگر، توزیع تنش در سراسر میله به صورت یکنواخت خواهد بود. در واقعیت، موج های تنشی درون میله حرکت می کنند و باعث ایجاد تغییرات در توزیع تنش می شوند.