ارزیابی کمانش مدلهای معادلات برشی تیر تیموشنکو سطح مقطع متغیر بر بستر الاستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مالک اشتر

2 دانشگاه مالک‌اشتر

چکیده
چکیده
در این مقاله، کمانش تیر تیموشنکو با سطح مقطع متغیر بر بستر الاستیک، با استفاده از روش انرژی ریتز و با در نظر گرفتن شرایط مرزی فنری بررسی شده است. برای ارزیابی اثرات برشی در معادلات انرژی، دو رویکرد ارائه شده است: رویکرد غیرمستقیم مبتنی بر زاویه θ، و رویکرد مستقیم مبتنی بر زاویه β. ر فرآیند مشتق‌گیری از میدان جابه‌جایی طولی u، ترم جدیدی مرتبط با تغییر زاویه به دست می‌آید. برای تقریب میدان‌های زاویه‌ای و جابه‌جایی عرضی، به‌ترتیب از توابع کسینوسی و چندجمله‌ای بزیه استفاده شده است. نتایج حاصل از روش اجزای محدود در نرم‌افزار آباکوس برای اعتبارسنجی نتایج تحلیلی به کار گرفته شده‌اند. نتایج همگرایی نشان می‌دهند که هر دو رویکرد با افزایش تعداد جملات تقریب به پاسخ همگرا می‌شوند؛ با این حال، در ضرایب برشی پایین (GI<100)، ویکرد غیرمستقیم با تعداد جملات کمتری به همگرایی مطلوب دست می‌یابد، در حالی که در ضرایب برشی بالا (GI>500)، رویکرد مستقیم همگرایی سریع‌تری نشان می‌دهد. مقایسه نتایج تحلیلی، اجزای محدود و مقادیر مرجع نشان می‌دهد که در اغلب موارد اختلاف نتایج کمتر از ۱۵ درصد است. در ضرایب برشی کمتر از ۱۰۰، بارهای کمانشی حاصل از اجزای محدود اندکی بیشتر از نتایج تحلیلی و مرجع بوده و کمترین اختلاف در شرایط مرزی دو سر لولا مشاهده می‌شود. همچنین، در تیرهای با سطح مقطع متغیر، معادلاتی که کرنش ناشی از تغییرات سطح مقطع را لحاظ نمی‌کنند، تطابق بهتری با نتایج اجزای محدود دارند. در نهایت، افزایش سختی بستر الاستیک موجب افزایش بار کمانشی شده، هرچند این افزایش با افزایش شیب تیر کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Buckling analysis of shear deformation models of Timoshenko beams with variable cross-section on an elastic foundation

نویسندگان English

ardalan riazi 1
Mahmood zabihpoor 2
Keramat Malekzadeh Fard 2
Mahdi Nejati 2
1 malek ashtar
2 Malek Ashtar University
چکیده English

This paper investigates the buckling of a Timoshenko beam with a variable cross-section on an elastic foundation using the Ritz energy method and considering spring boundary conditions. To evaluate the effects of shear deformation in the energy equations, two approaches are presented: an indirect approach based on the angle (θ), and a direct approach based on the angle (β). During the derivation of the longitudinal displacement field (u), a new term associated with the change in angle is obtained. Cosine functions and Bézier polynomials are employed to approximate the angular and transverse displacement fields, respectively. Finite element results obtained using Abaqus are used to validate the analytical results. The convergence results show that both approaches converge to the same solution as the number of approximation terms increases. However, for low shear coefficients (GI<100), the indirect approach achieves satisfactory convergence with fewer terms, whereas for high shear coefficients (GI>500), the direct approach exhibits faster convergence with fewer terms. Comparison of the analytical, finite element, and reference results shows that, in most cases, the differences between the results are less than 15%. For shear coefficients below 100, the buckling loads obtained from the finite element analysis are slightly higher than the analytical and reference results, with the smallest discrepancy observed for the simply supported boundary condition. Furthermore, for beams with variable cross-sections, the formulation that does not account for the strain induced by cross-sectional variations provides better agreement with the finite element results. Finally, increasing the elastic foundation stiffness increases the buckling load for all boundary conditions, although this increase becomes less pronounced as the beam slope increases.

کلیدواژه‌ها English

Buckling
Variable cross section beam
elastic foundation
Shear effects
Ritz method

  • تاریخ دریافت 11 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 07 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 20 آبان 1405