مدل سازی پل خرپایی پرت

طراحی ساده پل خرپایی پرات، نگه داشتن همه چیز از عابر پیاده تا قطار را مفید می کند. در حالی که ساخت این نوع پل آسان است، مهندسان باید از دوام و ایمن بودن آن اطمینان حاصل کنند. یک پل باید وزن خود را نگه دارد، بار وارد شده بر روی آن را تحمل کند و فرکانس های تولید شده توسط باد و زلزله را تحمل کند. برای تعیین اینکه آیا طرح پل خرپایی پرات می تواند این عوامل را مدیریت کند، به شبیه سازی روی می آوریم.

تاریخچه مختصری از پل پرات تراس

کالب و توماس پرت، یک زوج پدر و پسر از بوستون، مایلند، اولین پل خرپایی پرات را در سال 1844 طراحی کردند. پل اصلی از چوب با میله های مورب آهنی ساخته شده بود، اما مدت کوتاهی پس از ساخت پل، آنها به ساختن پل کاملاً از آهن روی آوردند. طرح را به ثبت رساند.

استفاده اولیه پل خرپایی پرات برای حمل قطار بود که جایگزین پل های راه آهن ساخته شده از سنگ یا چوب شد. در مقایسه با این نسخه های قدیمی، مزیت اصلی این نوع پل هزینه ساخت پایین آن بود. آهن را می‌توان به محل ساختمان منتقل کرد، جایی که فقط با نیروی کار نیمه ماهر مونتاژ می‌شد.

عکسی از پل خرپایی پرات. پل خرپایی پرات تصویر توسط جفری بیل – کار شخصی. دارای مجوز CC BY-SA 2.0 ، از طریق Flickr Creative Commons .

تیرهای عمودی و مورب پل به ترتیب نیروهای فشاری و کششی را کنترل می کنند. تیرهای کوتاه‌تر و عمودی معمولاً خطر کمانش را دارند ، اما گنجاندن تیرهای مورب این نگرانی را برطرف می‌کند. این به نوبه خود امکان ایجاد تیرهای مورب نازکتر را فراهم می کند و در نتیجه هزینه مواد را کاهش می دهد.

شبیه سازی پل خرپایی پرات در ماژول مکانیک سازه

برای مدل‌سازی پل خرپایی پرات، می‌توانیم از COMSOL Multiphysics و Structural Mechanics Module برای ایجاد یک ساختار قاب از فولاد با عناصر پوسته‌ای که یک جاده بتنی را نشان می‌دهند، استفاده کنیم.

نمودار شبیه سازی نیروهای محوری در تیرهای پل را نشان می دهد.
نیروهای محوری در تیرها. قرمز کشش و آبی فشار است.

برای اطمینان از حرکت صحیح پل، باید در حین ایجاد مدل، محدودیت هایی را اضافه کنیم. محدود کردن تمام درجات آزادی انتقالی در سمت چپ ترین لبه افقی، از هرگونه حرکت سفت و سخت بدن جلوگیری می کند. هنگام مطالعه انبساط حرارتی پل، می‌توانیم محدودیت‌هایی را نیز اضافه کنیم تا فقط در جهت محوری منبسط یا منقبض شود.

تجزیه و تحلیل بارها و فرکانس های ویژه با COMSOL Multiphysics

پس از ساخت مدل، دو تحلیل مختلف بر روی پل خرپایی پرات انجام می دهیم. پل در معرض بار گرانشی خالص و همچنین کامیون هایی که از روی آن عبور می کنند، قرار می گیرد، بنابراین ابتدا میدان های تنش و انحراف را ارزیابی می کنیم تا ببینیم آیا می تواند این وزن ها را تحمل کند یا خیر. دوم، تحلیل فرکانس ویژه، فرکانس‌های ویژه و حالت‌های ویژه پل را نشان می‌دهد. با مطالعه فرکانس های ویژه می توان محتویات برانگیختگی و فرکانسی مانند بار باد و زلزله را محاسبه کرد.

شبیه سازی تغییر شکل پل خرپایی پرات تحت وزن خود را نشان می دهد.

تجزیه و تحلیل فرکانس ویژه برای پل در COMSOL Multiphysics انجام شد.

سمت چپ: تغییر شکل پل خرپایی تحت وزن خود. ^{سمت راست: 10 امین} حالت ویژه پل ، که حالت اساسی برای جاده است.

تغییر هر یک از ابعاد یا مواد پل خرپایی پرت بر توانایی آن در تحمل بارها تأثیر می گذارد. برای تعیین اینکه آیا یک طرح پایدار می ماند، می توانیم از شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل بارها و فرکانس های ویژه استفاده کنیم. با انجام هر گونه تنظیمات لازم، مهندسان می توانند اطمینان حاصل کنند که پل آنها برای استفاده ایمن است.

ماژول مکانیک سازه را به من نشان دهید