استاتیک به کمک کامپیوتر (مفاهیم مدل، گره و المان)

بهترین نقطه برای شروع آموزش تحلیل غیرخطی سازه ها، درس استاتیک است. همه ما فراگیری این درس را به عنوان یکی از پایه ای ترین دروس عمران پشت سر گذاشته ایم و اکنون فرصت خوبی است تا ببینیم چگونه آنچه در استاتیک آموخته ایم به ما در دوره آموزش تحلیل غیرخطی سازه ها با نرم افزار OpenSees کمک خواهد کرد.

در استاتیک آموختیم که چگونه به کمک مفهوم تعادل نیروهای یک سازه را مشخص کنیم. همچنین، مسائلی را که تنها به کمک اصول استاتیک (روابط تعادل) قادر به تعیین مجهولات آنها بودیم «معین استاتیکی» نامیدیم. در استاتیک دیدیم که برای برقراری تعادل کلی در یک سازه، تعادل باید در تمام نقاط آن برقرار باشد اما در بین نقاط مختلف، نقاطی که در انتهای اعضا در نظر گرفته می شدند نقش ویژه ای داشتند و ما را از در نظر گرفتن کل نقاط سازه بی نیاز می کردند. در اینجا با اولین و پایه ای ترین مفهوم در دوره تحلیل غیرخطی آشنا می شویم و آن مفهوم «گره» یا «node» است. همینطور دیدیم که برای به دست آوردن نیروهای اعضای مختلف یک سازه معین، کافی است معادلات تعادل همه گره های سازه را نوشته و معادلات به دست آمده را در یک دستگاه بطور همزمان حل کنیم. می توان گفت هر سازه، یک محیط مادی (یک خط، یک سطح و یا یک حجم، بسته به نوع نگاه و تعریف ما) است که از بی‌نهایت نقطه به هم پیوسته تشکیل می‌شود. آنچه در استاتیک انجام می دادیم، انتخاب تعداد قابل شمارشی از نقاط این محیط به نمایندگی از بقیه نقاط بود تا تعادل را در آنها در نظر بگیریم. نقاط انتخابی که همان گره ها بودند به ما کمک می کردند تا محیط اصلی را با یک «مدل» جایگزین کنیم و به مسأله­ای ساده سازی شده و قابل حل دست یابیم.

تا اینجا توانستیم دو مفهوم کلیدی «گره» و «مدل» را که حلقه ارتباط روش های حل دستی و کامپیوتری است درک کنیم و خواهیم دید که به کارگیری روش های تحلیل غیرخطی سازه ها به کمک نرم افزار OpenSees نیز از دستورات مرتبط با همین دو مفهوم شروع خواهد شد. به عبارت دیگر، اولین قدم در آموزش تحلیل غیرخطی سازه ها به کمک نرم افزار OpenSees، فراگیری نحوه تعریف گره های انتخابی در نرم افزار است. با جزئیات و دستورات مورد نظر برای این هدف در دوره آموزش نرم افزار OpenSees آشنا خواهیم شد اما در اینجا تمرکز ما بیشتر بر فراگیری مفاهیم زیربنایی این دستورات و روشهاست.

پس از معرفی مفهوم گره باید بگوییم که با انتخاب گره ها در مدل، همزمان محیط مادی به قطعاتی به نام «المان» یا «element» نیز تقسیم بندی می شود. هر المان در واقع جایگزین نقاط حذف شده محیط می شود و ایفای نقش آنها را بر عهده می گیرد. برای درک بهتر این موضوع، یک تیر فولادی را به عنوان مثال در نظر بگیرید که در معرض یک بارگذاری قرار گرفته است. نیروی وارده به این تیر به صورت نقطه به نقطه و درست شبیه یک دومینو، از محل اثر نیرو، به سایر بخش‌ها انتقال می یابد و نهایتا به تکیه گاه ها که نقطه پایان دومینو هستند، منتقل می‌شود. حال، برای یافتن نیروهای این سازه، با انتخاب گره ها بخش هایی از نقاط سازه را به کنار می گذاریم و المانها را جایگزین آنها می کنیم. بنابراین المان مسئول انتقال نیرو از گرهی به گره دیگر در «مدل سازه ای» به دست آمده است.

تحلیل غیر خطی سازه

در مطالب و آموزش هایی که توسط مجموعه عمران علم افزار و با عناوینی مانند دوره آموزش OpenSees و یا ویدیوی آموزش OpenSees ارائه شده اند، خواهیم گفت که بخش اعظم تلاشهای توسعه دهندگان نرم افزار OpenSees و نیز سایر نرم افزارهای تحلیل غیرخطی سازه ها متمرکز بر یافتن فرمول بندی های مناسب برای المانهایی است که بتوانند به خوبی نقش مواد و محیط های مادی گوناگون را بازی کنند. در مطالب بعدی آشنایی بیشتری با مفهوم المان و نقش آن در تحلیل غیرخطی سازه ها پیدا خواهیم کرد.

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

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

سه + 17 =