 |
معرفی
دکل های ارتباطی معمولاً چارچوبی با طرح شبکه مثلثی پیچ دار دارند که در شکل 1 نشان داده شده است . مورب های چارچوب از چندین قسمت مونتاژ شده و به هم جوش داده می شوند.
هنگامی که تحت یک بار باد معین در یک مکان خاص کار می کند، زاویه چرخش کلی آنتن باید زیر یک حد معین باقی بماند تا از ارتباطات بی وقفه اطمینان حاصل شود. برای نوع دکل مورد استفاده در این مثال، مهندسان تشخیص داده‌اند که سختی پیچشی آن بسیار کم است و این تأثیر به دلیل هندسه پایه‌های مورب است. هدف افزایش سفتی چنین نصب مورب با تجزیه و تحلیل یک هندسه پارامتری و سپس به روز رسانی هندسه و تجزیه و تحلیل جدید است.
شکل 1: جزئیات نصب یک دکل مورب.
تعریف مدل
هندسه مدل فقط شامل بخش کوتاهی از لوله مورب به همراه سایر قسمت های پایه است که در شکل 1 نشان داده شده است . اگرچه یک تقارن هم در هندسه و هم در بار برای این مشکل وجود دارد، این شناسه کل اسمبلی برای اهداف مصور مدلسازی شده است.
پس از به دست آوردن سفتی اصلی نصب مورب، فرض می شود که هندسه برای بهبود سختی به روز شده است. در ابتدا 10 میلی متر، ضخامت صفحه و ضخامت پایه (نگاه کنید به شکل 1 ) به ترتیب به 12 میلی متر و 15 میلی متر تغییر یافته است.
خواص مواد
این ماده یک فولاد ساختاری است که دارای مدول یانگ 2.0·10 11 N/m2 و نسبت پواسون 0.33 است .
شرایط مرزی
شکل 2 مرزها را با بار اعمال شده و جابجایی های محدود نشان می دهد. فرض کنید که مورب در کشش با نیروی F = 30 کیلو نیوتن بارگذاری می شود که از طریق پیچ به محل نصب منتقل می شود.
شکل 2: مرزهایی با جابجایی های محدود و بارهای اعمال شده.
شرایط تماس بین پیچ و سوراخ نصب را نادیده بگیرید و همچنین از محدودیت اعمال شده توسط پیچ بر روی پایه غفلت کنید. فرض کنید که پیچ کل حجم سوراخ را پر می کند. با اعمال فشار p ، بر روی نیمه های مناسب سطوح سوراخ توزیع می شود.
جایی که r mh شعاع سوراخ نصب است، t m ضخامت پایه، y مختصات y و 
سطح مقطع سوراخ نصب است که روی صفحه xy پیش بینی شده است.
سطح مقطع سوراخ نصب است که روی صفحه xy پیش بینی شده است.در تحلیل فعلی، هدف افزایش سفتی مجموعه است. از آنجایی که بار از طریق سوراخ های نصب منتقل می شود، جابجایی سوراخ ها تحت بار خارجی داده شده مورد نظر است. اگر میانگین جابجایی z صفحه میانی سوراخ های نصب δ mh نشان داده شود ، سفتی مجموعه با نشان داده می شود.
در یک میله با سطح مقطع ثابت، رابطه بین نیروی اعمال شده و جابجایی حاصل از آن به دست می آید
که در آن E مدول یانگ، δ جابجایی، A سطح مقطع و L طول کل است. این رابطه را می توان دوباره تنظیم کرد
از آنجایی که سختی به عنوان نیروی اعمالی تقسیم بر جابجایی حاصل که در عبارت بالا سمت چپ است، تعریف می‌شود، سمت راست را می‌توان به عنوان سختی ایده‌آل، S I، جسمی با سطح مقطع ثابت دید. در مثال فعلی، لوله‌ای است که تا سوراخ نصب کشیده می‌شود تا با بقیه دکل به هم جوش داده شود. بنابراین می توان سفتی ایده آل را با بیان کرد
که در آن L t طول لوله معادل است اگر کل مجموعه فقط از یک لوله ساخته شده باشد، h t ارتفاع لوله در مجموعه با پایه است، t p ضخامت صفحه و o mh فاصله مرکز سوراخ نصب است که از سطح صفحه توجه داشته باشید که ارتفاع لوله و طول لوله معادل هر دو در امتداد یک بعد لوله اندازه گیری می شوند. تفاوت در این واقعیت است که ارتفاع لوله برای ارتباط لوله مورد استفاده در مونتاژ نصب استفاده می شود و طول لوله برای تعریف لوله در مجموعه ای که فقط از یک لوله تشکیل شده است استفاده می شود.
متغیر مورد استفاده به عنوان پارامتر ارزیابی، نسبت سختی بین سختی واقعی مجموعه با یک مانت و سختی ایده آل است.
اگر این مقدار برابر با یک باشد، سفتی مجموعه با یک مانت دقیقاً مشابه سختی های یک لوله است.
نتایج و بحث
در هندسه اصلی که هم ضخامت صفحه و هم ضخامت پایه 10 میلی متر است، نسبت سختی 0.38 است. سپس ضخامت صفحه به 12 میلی متر و ضخامت نصب به 15 میلی متر افزایش می یابد، نسبت سختی به 0.53 افزایش می یابد . شکل 3 مولفه z جابجایی را هنگام بارگذاری هندسه سفت تر نشان می دهد.
شکل 3: شکل و نمودار تغییر شکل جابجایی محوری برای مجموعه نصب با ضخامت صفحه انتهایی 12 میلی متر و ضخامت پایه 15 میلی متر.
مسیر کتابخانه برنامه: COMSOL_Multiphysics/Structural_Mechanics/Mast_diagonal_mounting
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>Solid Mechanics (جامد) 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 . |
هندسه 1
هندسه مدل به عنوان یک دنباله هندسی پارامتری در یک فایل MPH جداگانه در دسترس است.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل mast_diagonal_mounting_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
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 |
اف | 30 [kN] | 30000 نیوتن | نیروی اعمال شده |
تعاریف
یک جفت متوسط غیر محلی برای ارزیابی متغیرها در سطح وسط هر دو سوراخ نصب ایجاد کنید.
کوه، سطح متوسط
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، در قسمت نوشتار برچسب ، Mount، سطح متوسط را تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، نقطه را انتخاب کنید . |
4 | فقط نقاط 9، 13، 18، 22، 55، 59، 64 و 68 را انتخاب کنید. |
نقاط در امتداد صفحه وسط در شکل زیر نشان داده شده است.
5 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن انتخاب نام ، Mount، mid level را تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی متغیرهای  محلی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
پ | -(3/2)*F/(2*Axy_mh)*(1-(Y/r_mh)^2) | N/m² | تنش سوراخ کوه |
fy_mh | p*nY | N/m² | نیروی سوراخ نصب، جزء y |
fz_mh | p*nZ | N/m² | نیروی سوراخ نصب، جزء z |
d_mh | aveop1(w) | متر | جابجایی سوراخ کوه |
آن | h_t+t_p+o_mh | متر | طول لوله معادل |
Axy_mh | 2*r_mh*t_m | متر مربع | منطقه پیش بینی شده سوراخ کوه |
A_t | pi*(r_t^2-(r_t-t_t)^2) | متر مربع | سطح مقطع لوله |
اس | F/d_mh | N/M | سفتی مجموعه |
S_i | 200e9[Pa]*A_t/L_t | N/M | سفتی ایده آل |
S_R | S/S_i | نسبت سختی |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Structural steel را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
فولاد سازه (mat1)
به طور پیش فرض، اولین ماده ای که اضافه می کنید در همه دامنه ها اعمال می شود، بنابراین نیازی به تغییر تنظیمات ندارید.
مکانیک جامدات (جامدات)
مواد الاستیک خطی 1
به طور پیش‌فرض، رابط فیزیک ویژگی‌های مدل ماده مورد نیاز را از ماده دامنه می‌گیرد.
بعد، شرایط مرزی را تعریف کنید.
محدودیت ثابت 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Solid Mechanics (solid) کلیک راست کرده و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 8، 9، 33 و 42 را انتخاب کنید.  |
بار مرزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Boundary Load را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 20، 22، 51 و 53 را انتخاب کنید.  |
از مولفه های نیرو که قبلا تعریف کردید استفاده کنید.
3 | در پنجره تنظیمات برای بار مرزی ، بخش Force را پیدا کنید . |
4 | بردار F A را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
fy_mh | y |
fz_mh | z |
مش 1
این بخش نشان می‌دهد که چگونه می‌توانید قسمت‌های مختلف مدل را به صورت جداگانه مش‌بندی کنید تا یک مش مناسب به دست آورید.
Tetrahedral رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 4 و 7 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
Tetrahedral رایگان 1
در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید .
رایگان چهار وجهی 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 2 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
رایگان چهار وجهی 2
در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 2 کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید .
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، برای گسترش بخش Source Faces کلیک کنید . |
3 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
4 | کلیک کنید تا قسمت Destination Faces گسترش یابد . فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
جارو 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 1 کلیک راست کرده و Build Selected را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا حالت پیش فرض بازیابی شود. |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
جابه جایی
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Displacement را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
اکنون جابجایی z را رسم کنید و نسبت سختی ابعاد هندسه مدل فعلی را با مقدار ایده آل مقایسه کنید.
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Displacement را گسترش دهید ، سپس بر روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Displacement>Displacement field – m>w – Displacement field, Z-component را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی جایگزینی عبارت در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>S_R – Stiffness ratio را انتخاب کنید . |
3 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
نسبت سختی به دست آمده 0.38 است که کمتر از مقدار مورد نظر است.
مطالعه 1
به افزودن یک ویژگی جاروی پارامتریک که ضخامت پایه و ضخامت صفحه را تغییر می دهد، ادامه دهید.
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 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
t_p (ضخامت صفحه) | 10[mm] 12[mm] | متر |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
t_m (ضخامت پایه) | 10[mm] 15[mm] | متر |
7 | قسمت Output while Solving را پیدا کنید . کادر Plot را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
جابه جایی
برای نمایش نتایج از جابجایی پارامتریک، مجموعه داده را تغییر دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Displacement کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol2) را انتخاب کنید . |
مقادیر پارامترهای پیش‌فرض با مقادیر آخرین جفت پارامتر Sweep مطابقت دارد.
4 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
در نهایت، مقدار سختی به روز شده را برای ابعاد هندسه مدل به روز شده با مقدار ایده آل مقایسه کنید.
ارزیابی جهانی 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های پارامتریک 1 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expressions کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables>S_R – Stiffness ratio را انتخاب کنید . |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
توجه کنید که نسبت سختی به دست آمده اکنون 0.53 است.
