 |
اقدام در مورد سازه های در معرض آتش
– تنش حرارتی در یک تیر
– تنش حرارتی در یک تیر
معرفی
این هفتمین نمونه تأیید از ( رفرنس 1 ) است که بخشی از استاندارد اروپایی EN-1991-1-2:2010-12، یوروکد 1: اقدامات روی سازه ها – قسمت 1-2: اقدامات کلی – اقدامات در مورد سازه های در معرض دید آتش زدن رفتار مکانیکی غیرخطی تیری را که در معرض گرادیان دما قرار می‌گیرد، توصیف می‌کند.
تعریف مدل
هندسه مدل سازی شده تیری با مقطع 100 میلی متر مربع و طول 1 متر است ( شکل 1 ).
شکل 1: تنظیم مدل.
خواص مواد در Ref آورده شده است. 2 . تابع کرنش حرارتی dL به طور خطی به دما بستگی دارد. رابطه تنش-کرنش یک تابع غیرخطی بسته به دما و کرنش است. از این رو، این مدل یک مدل چندفیزیکی قوی جفت شده است که انتقال حرارت و مکانیک جامد را جفت می کند.
پرتو در انتهای آن ثابت می شود. به منظور جلوگیری از تمرکز تنش غیرواقعی هنگام کار با یک مدل جامد سه بعدی، محدودیت ثابت تئوری پرتو باید به عنوان محدودیت در جهت عادی تفسیر شود، اما آزادانه در جهات عرضی گسترش یابد. با استفاده از جابجایی های تجویز شده مربوطه در دو نقطه از حرکت صلب بدن جلوگیری می شود.
علاوه بر این، سطوح بالایی و پایینی در معرض دماهای مختلف در سمت بالا ( Tu ) و پایین ( Td ) قرار می گیرند. در حالت اول Tu = Td = 120 درجه سانتی گراد و در حالت دوم Tu = 20 درجه سانتی گراد، Td = 220 درجه سانتی گراد.
نتایج و بحث
توزیع تنش حاصل برای حالت دوم در شکل 2 نشان داده شده است .
شکل 2: توزیع تنش برای Tu = 20 ° C و Td = 220 ° C.
برای اعتبارسنجی نتایج، تنش اصلی سوم با مقادیر مرجع مقایسه می شود ( جدول 1 ). در هر دو مورد، خطا کمتر از حداکثر خطای مجاز 5 درصد است.
مورد | تنش مرجع (N/ mm² ) | تنش محاسبه شده (N/ mm² ) | خطا (%) |
Tu=Td=120 درجه سانتیگراد | -258.5 | -261.9 | 1.3 |
Tu=20 درجه سانتیگراد، Td=220 درجه سانتیگراد | -479 | -474.8 | 0.9 |
منابع
1. DIN EN 1991-1-2/NA، پیوست ملی – پارامترهای تعیین شده ملی – یوروکد 1: اقدامات روی سازه ها – قسمت 1-2: اقدامات کلی – اقدامات در مورد سازه های در معرض آتش سوزی .
2. DIN EN 1993-1-2 Eurocode 3: طراحی سازه های فولادی – قسمت 1-2: قوانین کلی – طراحی سازه آتش سوزی. نسخه آلمانی EN 1993-1-2:2005 + AC:2009 .
مسیر کتابخانه برنامه: Heat_Transfer_Module/Verification_Examples/fire_effects_beam
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Thermal-Structure Interaction>Thermal Stress, Solid را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
پارامترهایی را برای دماهای سمت بالا و پایین پرتو تعریف کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
تو | 120 [درجه سانتیگراد] | 393.15 K | دما، صعودی |
Td | 120 [درجه سانتیگراد] | 393.15 K | دما، نقطه ضعف |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 1000 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text عدد 100 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 100 را تایپ کنید . |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
مواد
یک ماده جدید برای فولاد اضافه کنید. بعداً بعد از تنظیم فیزیک، خواص مواد را تعریف خواهید کرد.
فولاد
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Steel را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
مواد الاستیک غیر خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک راست کرده و Material Models>Nonlinear Elastic Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مواد غیر خطی الاستیک ، بخش مواد الاستیک غیر خطی را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل Material ، داده های تک محوری را انتخاب کنید . |
غلتک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Roller را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1 و 6 را انتخاب کنید. |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Points کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
جابجایی تجویز شده 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Points کلیک کنید و Prescribed Displacement را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی تجویز شده ، بخش جابجایی تجویز شده را پیدا کنید . |
4 | تیک Prescribed in z direction را انتخاب کنید . |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید .
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متن T 0 ، Tu را تایپ کنید . |
دما 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متن T 0 ، Td را تایپ کنید . |
چند فیزیک
انبساط حرارتی 1 (te1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Multiphysics روی Thermal Expansion 1 (te1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گسترش حرارتی ، بخش خصوصیات انبساط حرارتی را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ورودی ، کرنش حرارتی را انتخاب کنید . |
حال، خواص مواد از دست رفته را تعریف کنید. پس از تنظیم فیزیک، نرم افزار متوجه می شود که کدام خواص مواد برای حل مدل لازم است.
مواد
فولاد (مت1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Steel (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
تابع تنش تک محوری | ساکس | sigma_ax (T,eax) | N/m² | مواد الاستیک غیر خطی |
نسبت پواسون | نه | 0.3 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 7850 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | k(T) | W/(m·K) | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | Cp(T) | J/(kg·K) | پایه ای |
کرنش حرارتی | dL_iso; dLii = dL_iso، dLij = 0 | dL(T) | 1 | انبساط حرارتی |
داده های الاستیک غیرخطی تک محوری در Ref آورده شده است. 2 . در اینجا، داده ها را به عنوان تابع درون یابی در خواص مواد بارگذاری کنید. عملکرد بستگی به دما و کرنش دارد.
4 | در پنجره Model Builder ، گره Steel (mat1) را گسترش دهید ، سپس روی Nonlinear elastic Material (NonlinearElasticMaterial) کلیک کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای مواد غیرخطی الاستیک ، بخش ورودی‌های مدل را پیدا کنید . |
6 |  روی Select Quantity کلیک کنید . |
7 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، eax را در قسمت متن تایپ کنید. |
8 |  روی Filter کلیک کنید . |
9 | در درخت، Solid Mechanics>Elastic uniaxial strain (1) را انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل fire_effects_beam_stress_strain.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
7 | زیربخش توابع را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام تابع | موقعیت در پرونده |
sigma_ax | 1 |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
sigma_ax | N/m^2 |
9 | در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
ستون 1 | ک |
ستون 2 | 1 |
توابع k(T) ، Cp(T) و dL(T) را در مراحل بعدی تعریف کنید.
تکه ای 1 (pw1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Piecewise را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Piecewise ، k را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Argument ، T را تایپ کنید . |
4 | زیربخش فواصل را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
شروع کنید | پایان | تابع |
20 | 800 | 54-3.33e-2*T |
800 | 1200 | 27.3 |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در قسمت متن Arguments ، degC را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن تابع ، W/(m*K) را تایپ کنید . |
تکه ای 2 (pw2)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Piecewise را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Piecewise ، در قسمت متن نام تابع ، Cp را تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Argument ، T را تایپ کنید . |
4 | زیربخش فواصل را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
شروع کنید | پایان | تابع |
20 | 600 | 425+7.73e-1*T-1.69e-3*T^2+2.22e-6*T^3 |
600 | 735 | 666+13002/(738-T) |
735 | 900 | 545+17820/(T-731) |
900 | 1200 | 650 |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در قسمت متن Arguments ، degC را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن تابع ، J/(kg*K) را تایپ کنید . |
تکه ای 1 (pw1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Piecewise را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Piecewise ، dL را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Argument ، T را تایپ کنید . |
4 | زیربخش فواصل را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
شروع کنید | پایان | تابع |
20 | 750 | 1.2e-5*T+0.4e-8*T^2-2.416e-4 |
750 | 860 | 1.1e-2 |
860 | 1200 | 2e-5*T-6.2e-3 |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در قسمت متن Arguments ، degC را تایپ کنید . |
مش 1
یک مش جاروب ایجاد کنید.
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 1 و 4 را انتخاب کنید. |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، روی  Build All کلیک کنید . |
مطالعه 1
جارو پارامتریک
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  پارامتر Sweep کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی پارامتری ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Tu (دما، بالا) | 120 20 | tenC |
Td (دما، جنبه منفی) | 120 220 | tenC |
6 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress (solid) را گسترش دهید ، سپس روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار استرس (جامد) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
میانگین سطح 1
1 | در نوار ابزار Results ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Average>Surface Average را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای میانگین سطح ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Stress>Principal stresses>solid.sp3 – تنش اصلی سوم – N/m² را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
solid.sp3 | N/mm^2 | استرس اصلی سوم |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
با جدول 1 مقایسه کنید .
