منوعات

قيد الدراسة: التواء – عندما تنهار الهياكل فجأة

صمم مهندس من جامعة هيوستن نموذجًا لتوجيه التصميم الأفضل للهياكل ذات الجدران الرقيقة، مثل الطائرات والسيارات والغواصات، لتجنب وقوع كارثة مثل الانهيار المفاجئ أو الالتواء.

في الصيف الماضي، عندما تعرضت السفينة الغاطسة تيتان لانفجار داخلي كارثي أثناء نقل الركاب لمشاهدة حطام السفينة تايتانيك، كان ذلك مثالًا دراميًا على فشل الهيكل الرقيق الجدران. يمكن لهذه الهياكل، التي قد يكون لها شكل أصداف كروية أو أسطوانية، أن تدعم بشكل فعال الأحمال الكبيرة نسبيًا، لكن نحافتها تجعلها عرضة للانهيار الناجم عن الانبعاج.

الغواصة ليست هي البنية الوحيدة ذات الجدران الرقيقة التي يمكنك التفاعل معها. في كل مرة تركب فيها سيارة أو تستقل طائرة، فإنك تركب فيها. لقد بدت جميعها بشكل مثالي على لوحة الرسم، ولكن بمجرد صنعها، لا تظهر جميعها بشكل مثالي وقد تحتوي على عيوب هندسية. سوف تتشوه الهياكل تحت قوى أقل بكثير بسبب هذه العيوب مما لو كانت مكتملة التكوين.

حتى الآن، كان من المستحيل التنبؤ بدقة بالآثار الضارة للعيوب الهندسية، لكن روبرتو بالاريني، أستاذ توماس ولورا هسو ورئيس قسم الهندسة المدنية والبيئية، يغير ذلك. ويفيد في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) معادلة نظرية، تعتمد على نتائج عمليات المحاكاة الحاسوبية، والتي تتنبأ بمتوسط ​​مقاومة الانبعاج للقذيفة بناءً على المعلمات التي تصف العيوب.

وبطبيعة الحال، تشارك الرياضيات المتقدمة.

يقول بالاريني: “لقد اشتقنا معادلات تسمح لنا بالتنبؤ بمقاومة الانحناء للهياكل من حيث المعلمات المعنية، بما في ذلك شكل وتوزيع عيوبها”. “بالنظر إلى المعلمات التي تصف العيوب، فإن المعادلات التي أنشأناها من نتائج المحاكاة “تبرز” متوسط ​​مقاومة الانبعاج للهياكل.”

شاركت بالاريني في تأليف ورقة PNAS مع طالبة الدكتوراه Zheren Baizhikova وJia-Liang Le، الأستاذ في جامعة مينيسوتا.

“إن التشوهات الموضعية والعيوب ذات الشكل العشوائي هي سمات بارزة لعدم الاستقرار من نوع الانبعاج في الهياكل الحاملة ذات الجدران الرقيقة. ومع ذلك، فمن المقبول عمومًا أن تفاعلاتها المعقدة في الاستجابة للأحمال الميكانيكية ليست مفهومة بشكل كافٍ حتى الآن، كما يتضح من ذلك يكتب المؤلفون: “التشوهات الناجمة عن الإخفاقات الكارثية التي لا تزال قائمة حتى اليوم”.

وأضاف بالاريني: “يجب أن نتذكر أن مقاومة الهيكل للفشل عن طريق الانبعاج تتأثر أيضًا بقوة وصلابة المادة التي صنع منها”.

خذ على سبيل المثال الفشل المأساوي للغواصة تيتان.

“ربما تعرضت سلامتها للخطر بسبب الأضرار التي لحقت بالمواد المستخدمة في هيكلها والتي تراكمت على مدى الرحلات العديدة التي قامت بها قبل انهيارها. وكانت المادة المستخدمة في هيكل تيتان عبارة عن ألياف مركبة. ومن المعروف أنه تحت الضغط والتحميل، تكون ألياف هذه المركبات عرضة للانبعاج الدقيق ويمكن أن تنفصل عن المصفوفة المحيطة بها. إذا تعرض هيكل تيتان لمثل هذا الضرر تحت ضغوط الضغط القصوى التي تعرض لها أثناء الغطس، لكانت صلابته وقوته قد انخفضت بشكل كبير، ومع تآكل الهيكل قال بالاريني إن العيوب الهندسية التي لا مفر منها والتي حدثت أثناء تصنيعها، ربما تكون قد ساهمت في انهيارها الداخلي الناتج عن التواء. بالنسبة لصدفة معينة، يبدأ الانبعاج حيث يكون النقص الهندسي شديد الخطورة، ولأن التوزيع المكاني للعيوب الهندسية يكون عشوائيًا، فإن موقع منطقة الانبعاج الأولي يكون عشوائيًا أيضًا.

وقال بالاريني، الذي أتاحت عمليات المحاكاة الحاسوبية والتحليل النظري التي أجراها لفريق البحث تطوير نموذج احتمالي للتوزيع الإحصائي لمقاومة الانبعاج، والذي يقدم وجهات نظر لإنشاء مواد خفيفة الوزن: “إن هذه العشوائية لها آثار عميقة على إحصائيات ضغط الانبعاج الحرج”. . والهياكل المتينة مع ضمان موثوقيتها الهيكلية دون الإفراط في التصميم غير الضروري.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى