مفاهیم دنیای سازه 1 | هوافضای جوان

مفاهیم دنیای سازه ۱

پیش از اینکه با هم وارد بحث های اولیه سازه شویم لازمه که ابتدا کمی در مورد مفاهیم پایه ای مهندسی مکانیک جامدات صحبت کنیم چون اساس مهندسی هوافضا براساس مهندسی مکانیکه. مکانیک شاخه ای از علم فیزیکه که به بررسی سکون یا حرکت اجسام، تحت تاثیر نیرو می پردازه. در تحلیل های مهندسی، هیچ مبحثی نقشی بزرگتر از مکانیک ایفا نمی کنه. معمولا مبحث مکانیک رو میشه به دو بخش استاتیک و دینامیک تقسیم کرد. استاتیک شامل تعادل اجسام تحث تاثیر نیروها و دینامیک شامل بررسی حرکت جسم و نیروهایی اعمالی به آن است. به عنوان مثال وقتی یک هواپیما در حال سکون و بر روی زمینه نیروهای استاتیک مختلفی مثل وزن سازه و موتور رو تحمل میکنه ولی وقتی به پرواز در میاد نیروهای دینامیکی مختلفی مثل نیروی برآ به آن وارد خواهد شد. بنابراین لازمه که ابتدا با پایه ای ترین بحث مهندسی سازه یعنی استاتیک و مقاومت مصالح آشنا بشیم در این درس و درسهای بعدی با ما همراه باشید تا به دنیای سازه سفر کنیم..

نیرو

نیرو یکی از مهمترین مفاهیم در علم سازه بحساب میاد به طور کلی نیرو کنش یک جسم بر جسم دیگره و تمایل داره جسم رو در جهت خودش به حرکت در بیاره و به دو دسته نیروهای تماسی و نیروهای حجمی طبقه بندی میشه. نیروهای تماسی از طریق تماس فیزیکی بین دو جسم به وجود میاد که نمونه این نیرو رو به آسانی می تونیم در همه جا ببینیم و نیروی حجمی هم با قرار گیری یک جسم درون یک میدان از قبیل میدان جاذب، میدان الکتریکی و یا میدان مغناطیسی بوجود میاد. یک نمونه از نیروی حجمی نیروی وزن است. همچین نیرو رو به دو نوع متمرکز و گسترده تقسیم بندی میکنن در واقع هر نیروی تماسی که به یک سطح وارد میشه یک نیروی گسترده است مثلا توزیع نیروی آیرودینامیک برآ روی بال یک هواپیما یک نمونه نیروی گسترده است اما اگه ابعاد سطحی که نیرو به آن وارد میشه در مقایسه با ابعاد کل جسم بسیار کوچک باشه به آن نیروی نقطه ای خواهیم گفت. همونطور که می دونید نیرو یک کمیت برداریه یعنی دارای جهته.

گشتاور

علاوه بر اینکه نیرو تمایل دار تا یک جسم رو در امتداد خودش حرکت بده، این امکان هم وجود داره که بخواد جسم رو حول یک محور بچرخونه یا دوران بده. بنابراین تمایل نیرو برای دوران دادن یک جسم گشتاور (M) نامیده میشه. به عنوان نمونه هایی آشنا و جالب میتونیم از باز کردن یک مهره توسط آچار یا باز کردن درب نام ببریم. در هر دو حالت پس از اعمال نیرو توسط دست، دوران حول پیچ و یا راستای لولای در ایجاد میشه و باعث باز کردن آن خواهد شد. مفهوم جالب گشتاور در اینجاست که هر چقدر فاصل محل اعمال نیرو (محل قرار گیری دست) از محور دوران (محل قرار گیری لولا یا پیچ) بیشر باشه گشتاور بزرگتری رو میشه تولید کرد.

یعنی اگر یک پیج با آچار کوچک باز نشد شما با یک آچار بزرگتر و با دو برابر کردن طول آچار  قبلی می تونید گشتاور رو دو برابر کرده و راحتر پیچ را باز کنید. یا اگر بخواهید یک درب ببندید معمولا دست خود را روی وسط در قرار نمی دید بلکه از لبه در این کار را انجام می دید تا نیروی کمتری نیاز باشه. این مثالها با فرمول گشتاور راحتر قابل درکه:

M = F × d

 بازوی دوران ×  نیرو = گشتاور

Capture1

Capture2

بنابراین هرچه فاصله (بازوی دوران) یا نیروی بیشتر باشد، گشتاور نیروی بزرگتری تولید خواهد شد. گشتاور از تمامی قواعد مربوط به جمع برداری پیروی می کنه و معمولا جهتش با قاعده دست راست تعیین میشه. در این قاعده اگر چهار انگشت دست راست را در جهت نیروی وارد شده قرار داده و آن را حول محور دوران بچرخانیم، جهت گشتاور مشخص خواهد شد.

Capture3

حال بال یک هواپیما را با نیروهایی مانند نیروی آیرودینامیکی برآ و پسا، نیروی وزن سازه، نیروی وزن سوخت داخل بالها و نیروی وزن موتور در نظر بگیرد. محور دوران را هم می توان محل اتصال بال به بدنه در نظر گرفت. در اینجاست که می توان به گشتاورهای بزرگ وارد شده به قسمت های مختلف بال در حالت بدون حرکت و یا حین پرواز پی برد. بنابراین ساده بال طوری طراحی میشه که نیروهای که باعث خمش بال میشن رو تحمل کنه.

Capture4

سازه های برای تحمل نیروهایی که به آنها اشاره شد در شکل های مختلفی ساخته میشن. اما در همه سازه ها وزن کم و استحکام بالا یک هدف مشترکه که مهندسان سازه همیشه به آن توجه ویژه دارند. به همین منظور سازه های داخلی با استفاده از تعداد زیادی از اجزا که به صورت منظم کنار هم می گیرن، ساخته می شوند. مطمئنا همه سازه یک جرثقیل ساختمانی را دیده اید، مهندس ها به این شکل از سازه ها، اصطلاحا خرپا (Truss) می گویند. یکی از اصلی ترین کاربرد خرپاها، در سقف ساختمان هاست.

819_common_types

tower_cranes_generic

در خرپاها نیروهای وارده به تمامی اجزاء تقسیم میشه به همین دلیل استحکام این نوع از سازه ها بسیار بالاست و یکی از قدیم ترین سازه ها بشمار میره. این نوع از سازه ها رو در همه جا مثل پل ها، سقف ها و حتی در بعضی از هواپیماها استفاده میشه دید.

Capture5

خرپاها طوری ساخته میشن که کاملا صلب باشن. صلبیت به این معنیه که سازه در برابر نیروها هیچ گونه تغییر شکلی نداشته باشه و یا اینکه حرکت اجزاء یا تغییر شکل آنها نسبت به کل سازه بسیار ناچیز بوده و قابل چشم پوشی باشه. مثلا ممکنه کابل اصلی یک جرثقیل در اثر نیروهای وارده دچار کرنش (تغییر طول) بشه ولی این کرنش بروی کل سازه اثر گذار نیست و مهندسان کل سازه جرثقیل رو به عنوان یک سازه صلب در نظر می گیرن.

یک از سازه های بسیار جذاب خرپا شکل، سازه های ماکرونی هستن که تا چند صد برابر وزن خودشون ممکنه نیروها و بارهای وارده رو تحمل کنن. سازه های ماکارونی معمولا از روی سازه پل ها الگوبرداری میشن.

13283339_5138368ffcbe


2 دیدگاه در ”مفاهیم دنیای سازه ۱

  • ۱۳ شهریور ۱۳۹۵ در ۵:۲۳ ق.ظ
    پیوند یکتا

    واقعا ممنون یکی از تمیزترین توضیحاتی بود که در مورد ایستایی ارائه دادید، برخی اساتید در مورد ارائه مفهومی و رابطه کلیتی این مقوله بسیار ضعف دارند…

    پاسخ
    • ۱۷ شهریور ۱۳۹۵ در ۵:۵۱ ق.ظ
      پیوند یکتا

      ممنون آقا امین.
      نظر لطف تون هست

      پاسخ

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.