تحليل واماندگي سازه اي با احتساب اثرات نامعيني در خواص مكانيكي

Structural Failure Analysis Based on the Uncertainty of Mechanical Properties

هدف از اين مطالعه، كميت بخشي به پارامترهاي نامشخص طراحي و احتساب مستقيم اثرات پارامترهاي نامعين در تحليل سازه اي به منظور ارزيابي شاخص هاي قابليت اعتماد مي باشد. با اين وجود اگر روش هاي قابليت اعتماد با حل هاي متداول تحليل سازه اي مرتبط نگردد، كمتر مورد استفاده قرار مي گيرند. لذا ضروري است كه اين گونه روش ها با حل هاي اجزا محدود ادغام گردند. براي اين منظور در اين مقاله، روشي جهت تعيين شاخص هاي قابليت اعتماد بر مبناي روش تقريب مرتبه اول و دوم قابليت اعتماد سازه اي همراه با نرم افزار جامع اجزا محدود ارايه گرديده است. در اين روش تابع حد حالت و گراديان هاي ناشي از متغيرهاي نامعين طراحي از مدل اجزا محدود محاسبه مي شوند. بدين ترتيب مي توان بدون استفاده از تقريب هايي نظير توابع پاسخ سطحي، مدل سازه اي را مستقيماٌ مورد تحليل قرار داد. ارزيابي الگوريتم ارايه شده براساس مكانيك شكست احتمالي و تعيين ميزان انرژي شكست بين لايه اي در مواد همسانگرد و مركب لايه اي انجام شده است و هدف از آن مطالعه اثرات پارامترهاي نامشخص طراحي در حفظ يك پارچگي سازه هاي حاوي ترك بين لايه اي مي باشد. نتايج نشان مي دهد كه فرض قطعي براي پارامترهاي نامشخص خواص مكانيكي، طراحي غيرمحافظه كارانه را همراه خواهد داشت. همچنين در اين مطالعه براي تعيين تابع توزيع فراواني مدول الاستيسيته از نتايج تست كشش 26 نمونه فولادي 4340 با عمر تقويمي بيش از 35 سال استفاده شده كه تحليل هاي آماري حاصل از اين نتايج، استفاده از تابع توزيع لگاريتمي نرمال را براي اين ضريب در اين نوع فولاد توصيه مي نمايد.

The objective of this study was quantified of uncertainty design parameters and included their effects explicitly in structural analysis for evaluated reliability indexes. On the other hand, structural reliability methods are of little use if they cannot be used in conjunction with the best available software for current structural analysis. Hence, it becomes very important to couple structural reliability algorithms with finite element analysis of structural problems. So in this research such coupling can be performed. It is used an algorithm for evaluation of first and second order approximation of reliability indexes based on the finite element programs. In this algorithm the limit state function and relative’s gradient of uncertainty parameters computed using finite element model. So structural model directly analyzed without any approximation such as response surface methodology. Based on the probability of fracture mechanics, strain energy release rate is evaluated for isotropic and composite material to demonstrate the application of the algorithm. In the paper also, the Young’s modulus probability distribution is determined for 26 steel samples with over the 35 service life years.