نقش ایجاد پیش تنش های فشاری در بهبود عملکرد قالب ها و دستگاه ها

با پیشرفت هایی که در صنعت ساخت و تولید صورت گرفته، نیاز به سازه هایی با قابلیت تحمل بارهای بالاتر مطرح شده است. سازه های پیش تنش دار که پیش از اعمال بار کاری اصلی تحت پیش تنش های اولیه فشاری قرار دارند، یکی از راه حل هایی است که در این مورد کاربرد دارند. پیش تنش ایجاد شده در چنین سازه هایی می تواند تمام تنش ناشی از بار کاری یا قسمت اعظمی از آن را تحمل کند. هدف اصلی از ایجاد این پیش تنش علاوه بر بالا بردن ظرفیت تحمل بار به نسبت سازه های یکپارچه، بهبود عمر خستگی با کاهش تنش متوسط در سیکل های بارگذاری و باربرداری نیز هست. در این تحقیق، ضمن بررسی روش های ایجاد پیش تنش در مورد مقاطع گرد (سیلندرها) و مقاطع غیرگرد، طراحی این دو دسته کلی از سازه پیش تنش دار مورد توجه قرار گرفته است. روش های مختلف ایجاد پیش تنش در سازه ها و تجهیزات لازم مورد مطالعه قرار گرفته و مقایسه شده اند. روابط تحلیلی موجود با نتایج حاصل از شبیه سازی اجزای محدود برای مقاطع گرد و غیرگرد مقایسه شده و اعتبار نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. برای سیلندر سیم پیچی شده، به عنوان نمونه ای از مقاطع تحت پیش تنش استوانه ای شکل، فرایند سیم پیچی و وضعیت تنشی قالب در شرایط کاری، با استفاده از دو شیوه زیر شبیه سازی گردیده است. در روش اول، شبیه سازی بر اساس مدل سازی تمامی لایه های سیم پیچی است و وضعیت سیلندر در طی فرایند سیم پیچی مورد توجه قرار می گیرد. در این روش، پیش تنش ها به صورت کرنش های معادل حرارتی اعمال شدند. نتایج تطابق خوبی با روابط تحلیلی موجود در منابع داشتند. در روش دیگر، لایه ها به صورت قطعه ای یکپارچه فرض شدند و پیش تنش ها با یافتن میدان دمایی معادل و اعمال این میدان به قطعه مدل کننده لایه های سیم اعمال گردیدند. این میدان حرارتی با استفاده از روابط تحلیلی موجود محاسبه گردید. در این شیوه، تنها وضعیت نهایی سیلندر پس از اتمام فرایند سیم پیچی قابل مطالعه است. برای قاب سیم پیچی شده، به عنوان نمونه ای از مقاطع غیر گرد تحت پیش تنش، ابتدا یک روند طراحی مکانیکی اولیه مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از نتایج حاصل از این طراحی، می توان شبیه سازی لازم را برای تأیید نهایی طرح اولیه انجام داد. این شبیه سازی ابتدا با استفاده از یک مدل دوبعدی و با درنظرگرفتن لایه های سیم به صورت قطعه ای یکپارچه صورت گرفت. نتایج نشان داد که این مدل به اندازه کافی دقیق نیست و سفتی اضافی لایه ها که با درنظرگرفتن آن ها به صورت یک قطعه ایجاد شده، عامل این اشکال است. برای بهبود این مدل ساده اولیه، سپس لایه ها به صورت قطعات مجزا فرض شدند و شبیه سازی دوباره انجام شد. در نهایت، مقایسه ای میان نتایج حاصل از مدل سازی لایه ها به صورت یک قطعه و مدل سازی به صورت قطعات مجزا صورت گرفت. نتایج نشان دهنده تفاوت قابل توجهی بود و مدل سازی لایه لایه سیم ها ضوری به نظرمی رسد. البته نیازی به مدل سازی تمام لایه های سیمی نیست و می توان چند لایه را به عنوان یک قطعه مدل نمود. مدل سازی اولیه لایه های سیمی با قطعات کمتر صورت گرفت و سپس تعداد این قطعات مدل کننده دو برابر بیشتر گردید تا از کافی بودن تعداد قطعات اطمینان حاصل شود. برای ارزیابی نتایج شبیه سازی دوبعدی، مدل سه بعدی قاب نیز مورد بررسی قرار گرفت. در مدل سازی سه بعدی نیز مثل مدل سازی دوبعدی، ابتدا لایه ها به صورت قطعه یکپارچه و سپس به صورت چند قطعه مجزا مدل شدند. نتایج شبیه سازی سه بعدی نشان دادند که تطابق خوبی بین مدل سازی دوبعدی و سه بعدی قاب وجود دارد. می توان نتیجه گرفت در چنین مواردی، طراحی و شبیه سازی اولیه می تواند با استفاده از مدل لایه لایه دوبعدی صورت گیرد. نتایج می تواند در نهایت می توان با استفاده از یک شبیه سازی سه بعدی لایه لایه از صحت نتایج مطمئن شد.