تحلیل تجربی و نظری رفتار تیرهای بتنی تحت بار دینامیکی با معرفی رهیافت تشابه محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد بندرانزلی، دانشگاه آزاد اسلامی، بندر انزلی، ایران.

2 گروه مهندسی مکانیک، واحد بندرانزلی، دانشگاه آزاد اسلامی، بندر انزلی، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

10.22124/jcr.2024.27666.1661

چکیده

روش‌های تحلیل ابعادی دارای کاستی‌هایی در تعیین پیش‌بینی رفتار نمونه‌های مقیاس کامل با استفاده از نتایج مقیاس کوچک به دلیل غیرخطی بودن رفتار، بارگذاری و یا تغییرات جنس ماده، عدم توانایی در پیش‌بینی همزمان دو پارامتر دارای واحد یکسان و تعداد محدود درجه آزادی مستقل می‌باشند. اخیراً نظریه جدیدی به نام تشابه محدود برای رفع این مسائل مطرح شده است که در این مقاله با استفاده از این نظریه به تحلیل پیش‌بینی رفتار دینامیکی تیرهای بتنی با استفاده از نتایج تیرهای بتنی در مقیاس کوچک‌تر و تیرهای دارای رفتار مشابه بتن (گچ-سنگ) تحت بارگذاری دینامیکی ضربه‌ای پرداخته شده است. نتایج پیش‌بینی شده همچون نیرو، جابجایی، انرژی و زمان نشان می-دهد که تحلیل ابعادی دقیق نتایج با مصالح متفاوت از دقت کافی برخوردار نمی‌باشد و در بعضی موارد اختلاف نتایج حاصله بیش از 50 % است. حال آنکه با روش تشابه محدود می‌توان با استفاده از نمونه‌های گچ-سنگ در مقیاس کوچک رفتار تیرهای بتنی در مقیاس کامل را با هزینه کمتر، کاهش زمان ساخت و دقت بالا پیش‌بینی نمود، به طوریکه درصد خطا در تحلیل دینامیکی در تمامی نمونه‌ها تقریباً کمتر از 10 % حاصل گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Theoretical analysis of Concrete beams behavior under Dynamic loading by introducing Finite Similitude approach

نویسندگان [English]

  • Ali Momeni Amirkandeh 1
  • Ali Alijani 2
  • Sina Gohari Rad 3
1 Department of Mechanical Engineering, Bandar Anzali Branch, Islamic Azad University, Bandar Anzali, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Bandar Anzali Branch, Islamic Azad University, Bandar Anzali, 43131-11111, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Rasht Branch, Islamic Azad University, Rasht, Iran.
چکیده [English]

Dimensional analysis methods have shortcomings in predicting the behavior of full-scale samples using small-scale results due to non-linearity of behavior, loading, or changes in material type, the inability to simultaneously predict two parameters with the same unit, and a limited number of independent degrees of freedom are independent. Recently, a new theory called Finite Similitude has been proposed to solve these problems, and in this article, using this theory to analyze the prediction of the dynamic behavior of concrete beams using the results of concrete beams on a smaller scale and beams with similar behavior to concrete (plaster-stone) under dynamic impact loading has been discussed. The predicted results such as force, displacement, energy, and time show that the dimensional analysis of the results with different materials is not accurate enough and in some cases, the difference in the results is more than 50%. However, with the finite similitude method, the behavior of full-scale concrete beams can be predicted by using small-scale plaster-stone samples with less cost, reduced construction time, and high accuracy, so that the error percentage in dynamic analysis in all samples is almost less than 10% was achieved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Finite Similitude
  • Concrete Beams
  • Dynamic loading
  • Experimental and Theoretical method

مراجع

[1]. Gulkan, P., & Sozen, M.A. Inelastic responses of reinforced concrete structure to earthquake motions. Journal proceedings. Vol. 71. No. 12. 1974.
[2]. Jones, N. Structural Impact, Cambridge: Cambridge University Press, Second Edition, pp. 479-510, 2012.
[3]. Oshir R.E., & Alves M. Scaling impacted structures, Archive of Applied Mechanics, Vol. 74, No. 1-2, pp. 130-145, 2004.
[4]. Alves M., & Oshiro R.E. Scaling the impact of a mass on a structure, International Journal of Impact Engineering, Vol. 32, No. 7, pp. 1158-1173, 2006.
[5]. Oshiro R.E., & Alves M. Scaling of cylindrical shells under axial impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 34, No. 1, pp. 89-103, 2007.
[6]. Oshiro R.E., & Alves M. Scaling of structures subject to impact loads when using a power law constitutive equation, International Journal of Solids and Structures, Vol. 46, No. 18-19, pp. 3412-3421, 2009.
[7]. Trimiño L.F., & Cronin D.S. Non-direct similitude technique applied to the dynamic axial impact of bonded crush tubes, International Journal of Impact Engineering, Vol. 64, No. 2, pp. 39-52, 2014.
[8]. Mazzariol L.M., Oshiro R.E., & Alves M., A method to represent impacted structures using scaled models made of different materials, International Journal of Impact Engineering, Vol. 90, No. 4, pp. 81-94, 2016.
[9]. Alves M., & Oshiro R.E. Scaling impacted structures when the prototype and the model are made of different materials, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, No. 9, pp. 2744-2760, 2006.
[10]. Ramu M., Raja V.P., & Thyla P.R., Establishment of structural similitude for elastic models and validation of scaling laws, KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 17, No. 1, pp. 139-144, 2013.
[11]. Mazzariol L.M., & Alves M., Experimental study on scaling of circular tubes subjected to dynamic axial crushing using models of different materials, 22nd International Congress of Mechanical Engineering, Ribeirão Preto, Brazil, November 3-7, 2013.
[12]. Sadeghi H., Alitavoli M., & Darvizeh A., Finite similitude in high rate dynamic behavior of structures under impact loads, Modares Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 5, pp. 263-274, 2018. (In Persian)
[13]. Davey K., Darvizeh R., & Al-Tamimi A., Scaled metal forming experiments: a transport equation approach, International Journal of Solids and Structures, Vol. 125, No. 10, pp. 184-205, 2017.
[14]. Sadeghi H., Davey K., Darvizeh, R., & Darvizeh A., Scaled models for failure under impact loading. International Journal of Impact Engineering, 129, pp.36-56, 2019.
[15]. Davey, K., Sadeghi, H., Darvizeh, R., Golbaf, A. and Darvizeh, A., A finite similitude approach to scaled impact mechanics. International Journal of Impact Engineering, 148, p.103744, 2021.
[16]. Zhang J., Davey K., Darvizeh R., & Sadeghi H., A two-experiment approach to physical modelling: damage and failure under high-rate loading. Thin-Walled Structures, 179, p.109589, 2022.
[17]. Darvizeh R., & Davey K., A transport approach for analysis of shock waves in cellular materials, International Journal of Impact Engineering, Vol. 82, No. 8, pp. 59-73, 2015.
[18]. Darvizeh R., & Davey K., Non-physical finite element method: multiple material discontinuities, Computers and Structures, Vol. 164, No. 2, pp. 145-160, 2016.
[19]. Sadeghi, H., Davey, K., Darvizeh, R., & Darvizeh, A. A scaled framework for strain rate sensitive structures subjected to high rate impact loading. International Journal of Impact Engineering, 125, pp. 229-245, 2019.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار