تابلوهای خیابان در باد گیر می کنند، کاربر COMSOL جایزه خانه را می گیرد

تابلوی خیابان شکسته در اوایل این ماه به یک مسابقه آنلاین در دانشگاه هلندی TU Delft تبدیل شد. تیم TU Delft Webcare طرفداران رسانه‌های اجتماعی خود را به چالش کشید تا تعیین کنند که چه سرعتی باد باعث خم شدن تابلو شده است – و برنده اتفاقاً یک کاربر COMSOL است. در اینجا نحوه حل چالش راب الینگ با استفاده از COMSOL Multiphysics، چالش تابلوهای خیابانی را مشاهده می کنید.

درباره چالش TU Delft

قوانین مسابقه ساده بودند: سرعت باد را که باعث شکسته شدن یک علامت راهنمایی و رانندگی شده است را دریابید، راه حل صحیح را ارسال کنید و یک ژاکت TU Delft برنده خواهید شد. همانطور که در زیر می بینید، آنها فقط ابعاد علامت و ماده ای که از آن ساخته شده بود (آلیاژ آلومینیوم 7075) به شرکت کنندگان دادند.

این چالش توسط تیم مراقبت از وب TU Delft در صفحه فیس بوک TU Delft ارسال شد .

حل چالش با استفاده از COMSOL Multiphysics

راب الینگ، کارشناسی ارشد مهندسی دقیق و میکروسیستم، با استفاده از شبیه‌سازی ساختار سیال جفت شده، تجزیه و تحلیل شکست علامت تحت بار باد را در COMSOL انجام داد. راب نتایج خود را با ما به اشتراک گذاشت و اکنون مایلیم آنها را با شما به اشتراک بگذاریم.

ابتدا یک تحلیل ساختاری از علائم راهنمایی و رانندگی انجام داد. با انجام این کار، راب تشخیص داد که سازه زمانی که تنش کششی بیش از حد بالا بود شکست خورد. زمانی که کمانش طرف فشاری را تحلیل کرد و مشاهده کرد که برای تأثیرگذاری بر حالت شکست به بارهای بیشتری نیاز دارد، او تنش فشاری را به عنوان مقصر رد کرد. در یک تحلیل ساختاری خطی، او همچنین گشتاور خمشی را محاسبه کرد که منجر به تجاوز از تنش کششی نهایی شد.

سمت چپ: علامت ناموفق. تصویر از TU Delft. سمت راست: تحلیل مکانیک سازه: غلظت تنش در گردن ظاهر می شود (همانطور که با رنگ قرمز نشان داده شده است). تصویر از راب الینگ.

همانطور که در بالا در سمت راست می بینیم، گردن قطب حاوی غلظت بالایی از استرس است. راب دقت کرد که توجه داشته باشد که وجود جوش در گردن احتمالاً باعث شکننده‌تر شدن مواد در آنجا نسبت به بقیه ساختار شده است. او همچنین خاطرنشان کرد که در تجزیه و تحلیل خستگی را در نظر نگرفته است، در حالی که در دنیای واقعی، بارگذاری چرخه‌ای باد در واقع نقشی در خرابی ساختاری تابلوی خیابان در سرعت‌های کمتر باد دارد.

راب متوجه شد که این یک مشکل برهمکنش ساختار سیال (FSI) است. “علامت راهنمایی و رانندگی تحت بار باد خم می شود. بنابراین، باد دیگر سازه را به صورت عمودی بارگذاری نمی کند.» راب توضیح داد. “برعکس، تابلوی راهنمایی تغییر شکل یافته باد را به روشی متفاوت از شکل تغییر شکل نیافته منحرف می کند.”

به طور طبیعی، گام بعدی او شامل تنظیم یک تحلیل ساختار سیال همراه بود. در اینجا، او از نتایج قبلی خود از محاسبات گشتاور خمشی به عنوان یک مرتبه تخمین قدر استفاده کرد. راب پارامتر سرعت باد را تا زمانی که از تنش کششی نهایی فراتر رفت، افزایش داد.

سمت چپ: هندسه مدل، علامتی را در داخل یک تونل باد مجازی به تصویر می‌کشد که باد از ورودی (LHS) به خروجی (RHS) در جریان است. سمت راست: نمودار سطحی میدان جریان و توزیع تنش در علامت. تصویر از راب الینگ.

و سرعت باد بود…

بنابراین پاسخ صحیح به چالش TU Delft چه بود؟ این علامت با سرعت باد 47.7 متر بر ثانیه شکست.

راب برای مطالعه خود فرض کرد که قطب روی زمین ثابت است، اما او خاطرنشان می کند که در واقعیت اینطور نیست زیرا خاکی که در آن قرار می گیرد نرم است. وی همچنین تاکید کرد که نقص یا خستگی جوش را در نظر نگرفته است. شاید برای مطالعه دیگری باشد؟

به راب الینگ تبریک می‌گوییم – و از اینکه کارتان را با ما به اشتراک گذاشتید متشکریم! امیدوارم ژاکت TU Delft خود را دوست داشته باشید.