بررسی تحلیلی، عددی و تجربی سازه‌ای با صفحات تاشده کامپوزتی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشگاه علم و صنعت

چکیده

این تحقیق به مطالعه رفتار مکانیکی صفحات تاشده کامپوزیتی اختصاص یافته است. مفهوم صفحات تاشده کامپوزیتی یک ابداع جدید در طراحی است که بصورت اختراع به ثبت رسیده است. سازه‌های تاشده کامپوزیتی به دلیل توانایی باربری ده‌ها برابر وزن خود دارای مزایا و کاربردهای بسیاری می‌باشند. در این تحقیق به تشریح سازه‌های کامپوزیتی ساخته شده از صفحات تاشده پرداخته شده و جزئیات هندسی و انواع بارگذاری بر روی سازه کاملا توضیح داده شده است. دو روش تحلیلی و عددی جهت تجزی و تحلیل سازه‌ای استفاده گردید. روش حل تحلیلی ارایه شده در این تحقیق، بعنوان یک روش‌ محاسباتی حل بسته مناسب سازه فوق توسعه داده شده است. حل‌های تحلیلی برای هریک از سازه‌های فولادی و کامپوزیتی (نمد شیشه/پلی استر) با ضخامت مساوی و همچنین با وزن مساوی انجام گردید و حداکثر بار اعمالی مجاز بر سازه و نسبت حداکثر نیروی قابل تحمل به وزن برای هر یک از سازه‌های فوق محاسبه گردید. نتایج حل عددی و حل تحلیلی مقایسه و علت اختلاف نتایج این دو حل نیز توضیح داده شد. مزایا و معایب نمونه‌های فولادی و نمونه کامپوزیتی با یکدیگر مقایسه شدند. تحقیق حاضر نشان می‌دهد که سازه کامپوزیتی با وزنی کمتر از سازه فلزی دارای نسبت باربری به وزن بسیار بالاتری می‌باشد. بر اساس روش طراحی ارایه شده در این تحقیق، سازه ای با صفحات تا شده با استفاده از مواد کامپوزیت ساخته شده و مورد آزمایش استحکام قرار گرفت. نتایج آزمایش استحکام حاکی از قابلیت بالای باربری سازه فوق می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analytical, numerical and experimental investigation of composite folded plates

نویسنده [English]

  • Mahmood M. Shokrieh 1
چکیده [English]

This research studies the mechanical behavior of composite folded plates. The concept of composite folded plates is a new innovation in design which has been registered as a patent. Due to the high load bearing / weight ratio, composite folded structures have many advantages and applications. In this research, the structures made of composite folded plates are explained in detail and different loading cases on this kind of structure are considered. Two analytical and numerical methods are used for the structural analysis. The analytical method presented in this research developed as a closed from solution technique. Analytical solutions for each metallic and composites (glass mat/polyester), with equal thicknesses and also equal weights, are accomplished and the maximum allowable loads are compared with each other. The present research shows that the composite structure with a lower weight with respect to the metallic structure, presents a higher load bearing / weight ratio. Based on the design methodology presented in this research, a folded plate structure is manufactured using composite materials and tested for the load bearing capacity. The results obtained in this research show the high load bearing capacity of the designed structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Folded plate structures
  • glass mat/ polyester composites
  • Analytical Solution
  • finite element method
  • strength testing
 

[1] Hani, B., Yves, W., (2008). “Origami - Folded Plate Structures, Architecture”. The Proceeding of 10th World Conference of Timber Engineering, Miyazaki, Japan, IBOIS-CONF-2008-021

[2] Šekularac, N., Ivanović Šekularac, J., Čikić Tovarović, J., (2012). “Folded Structures in Modern Architecture”. Architecture and Civil Engineering, Vol. 10, No 1, pp. 1 – 16

[3] http://www.gmp-architekten.de, accessed 12th Oct (2009).

[4] Tonias, D., Zhao, J., (2006). “Bridge Engineering: Rehabilitation, and Maintenance of Modern Highway Bridges”. McGraw-Hill Professional, USA, pp. 86

[5] Petrović, M., (1978). “Аrhitektonske konstrukcije II”. Izdavačko-informativni centar studenata (ICS) Beograd, pp. 5

[6] Weinand, Y., (2009). “Innovative Timber Constructions”. Journal of the International Association for Shell Structures and Spatial Structures IASS, Мadrid, Vol. 50, pp. 115.

[7] Herzog, Natterer, Schweitzer, Volz, Winter, (2004). “Timber Construction Manual”. Birkhäuser – Publisher for Architecture, Basel Boston Berlin, pp. 243

[8] Wurm, J., (2007). “Glass Structures, Design and Construction of Self-Supporting Skins”. Birkhäuser Verlag AG, Basel, Boston, Berlin, pр. 158, 181-183

[9] Cassinello, F. (1974). Construcción. Hormigonería. Madrid: Rueda.

[10] Wilby, CB. (1998). Concrete folded plate roofs. London: Arnold.

[11] Cement (1961), “Overzicht Nederlandsche shaalconstructies”, p. 424-53.

[12] Brekelmans, LGM. (1964). “Geprefabriceerde wand elementen en vouwschalen voor een kerk te Hoensbroek”. Cement, n.8, pp. 468-9.

[13] Meischke, JC. (1964). “Geprefabriceerde wandelementen en vouwschalen voor een kerk te Hoensbroek”. Cement, n. 6, pp. 352-4.

[14] Seyn, W. K. and Hofman, J. W. (1964). “De constructie van het visafslaggebouw te Scheveningen”. Cement, n.8, pp. 461-7.

[15] Broek, JH. (1963). “Het auditorium voor de Technische Hogeschool te Delft (I). Stedebouwkundige en architectonische conceptie”. Cement, n. 12, pp. 730-2.

[16] Dusschotten, H. (1964). “Het auditorium voor de Technische Hogeschool te Delft (II). De constructie”. Cement, n.3, 161-170.

[17] شماره اختراع: 62430، تاریخ ثبت اختراع: 25/9/88، موضوع اختراع: سازه‌های فضایی بدون اسکلت.

[18] Iran Composites Institute, Internal Report, (2010).

[19] Beer, F. P., Johnston E. R. (2006). “Mechanics of materials”. John T. DeWolf,

[20] ABAQUS, Standard User’s Manual Version 6.10, Hibbit, Karlsson, Sorensen, Inc., Pawtucket, R.I, (2011).