شبیه سازی دیوار برشی فولادی سه طبقه تحت بارگذاری سیکلی در آباکوس

معرفی پروژه

در این پروژه، یک دیوار برشی فولادی سه‌طبقه در نرم‌افزار Abaqus مدل‌سازی شده و رفتار سازه تحت بارگذاری چرخه‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد.

مدل عددی با هدف بررسی شکل‌پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی دیوار فولادی توسعه داده شده است. در این مطالعه، تأثیر ظرفیت برشی ستون‌ها بر پاسخ سازه‌ای دیوار به‌طور ویژه مورد توجه قرار می‌گیرد.

نتایج تحلیل Abaqus با نتایج آزمایشگاهی گزارش‌شده در مقاله مرجع مقایسه می‌شوند تا دقت مدل عددی ارزیابی شود.

در این پروژه، نمونه آزمایشگاهی FSPW3 بر اساس آزمایش تجربی، در نرم‌افزار Abaqus مدل‌سازی شده است.

توضیحات مدل

مدل شامل یک دیوار برشی فولادی سه‌طبقه است که از دو ستون، سه تیر، سه ورق فولادی پرکننده و تعدادی سخت‌کننده تشکیل شده است.

ورق‌های پرکننده از فولاد SS400 با ضخامت ۴ میلی‌متر ساخته شده‌اند، درحالی‌که تیرها و ستون‌ها از فولاد SM490 هستند. ورق‌های فولادی به اعضای قاب پیرامونی متصل شده‌اند.

مدل عددی مطابق با پیکربندی ارائه‌شده در مقاله پژوهشی مرجع توسعه داده شده است.

هندسه، خواص مواد، اندرکنش‌ها، شرایط مرزی و تنظیمات تحلیل در Abaqus تعریف می‌شوند تا رفتار نمونه آزمایشگاهی بازتولید شود.

تحلیل کمانش و نقص هندسی اولیه

تحلیل شامل دو بخش اصلی است: تحلیل کمانش و تحلیل هیسترزیس.

ابتدا تحلیل کمانش انجام می‌شود تا مودهای کمانش دیوار برشی سه‌طبقه به دست آیند.

سپس از مودهای کمانش به‌دست‌آمده برای تعریف نقص هندسی اولیه در مدل استفاده می‌شود. این روش کمک می‌کند مدل عددی، نقص‌های اولیه موجود در نمونه آزمایشگاهی را بهتر شبیه‌سازی کند.

بارگذاری چرخه‌ای

بارگذاری چرخه‌ای مطابق با روش بارگذاری استفاده‌شده در مطالعه مرجع، به تیر بالایی دیوار برشی سه‌طبقه اعمال می‌شود.

تاریخچه بارگذاری با استفاده از گزینه Amplitude در Abaqus تعریف می‌شود. سازه تحت چرخه‌های متوالی بارگذاری و باربرداری قرار می‌گیرد تا پاسخ غیرخطی آن بررسی شود.

بار اعمال‌شده و جابه‌جایی متناظر با آن در طول تحلیل ثبت می‌شوند.

تغییر شکل و پاسخ سازه‌ای

در مراحل اولیه بارگذاری چرخه‌ای، کمانش موضعی ورق‌های فولادی پرکننده رخ می‌دهد و پس از آن، عملکرد میدان کششی (Tension-Field Action) شکل می‌گیرد.

با افزایش بارگذاری چرخه‌ای، به دلیل ظرفیت برشی کمتر ستون‌های طبقه اول، تغییر شکل برشی غیرالاستیک در این ستون‌ها متمرکز می‌شود.

این تمرکز تغییر شکل بر پاسخ کلی دیوار فولادی تأثیر می‌گذارد و موجب شکل‌گیری رفتار طبقه نرم (Soft-Story Behavior) در طبقه اول می‌شود.

تغییر شکل عددی به‌دست‌آمده از Abaqus با تغییر شکل مشاهده‌شده در نمونه آزمایشگاهی مقایسه می‌شود.

این مقایسه معیاری برای ارزیابی دقت مدل عددی در بازتولید رفتار سازه‌ای دیوار برشی آزمایش‌شده فراهم می‌کند.

نتایج و پاسخ هیسترزیس

نتایج تحلیل Abaqus استخراج و پردازش می‌شوند تا پاسخ سازه‌ای دیوار برشی سه‌طبقه تحت بارگذاری چرخه‌ای ارزیابی شود.

منحنی هیسترزیس نیرو–جابه‌جایی (Force–Displacement) از تحلیل عددی استخراج شده و با نتایج آزمایشگاهی متناظر گزارش‌شده در مقاله مرجع مقایسه می‌شود.

پاسخ هیسترزیس عددی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که بیانگر دقت مدل توسعه‌یافته در Abaqus است.

اعتبارسنجی آزمایشگاهی

نتایج عددی به‌دست‌آمده از Abaqus با نتایج آزمایشگاهی گزارش‌شده در مقاله پژوهشی مرجع مقایسه می‌شوند.

این مقایسه بر تغییر شکل و پاسخ هیسترزیس نیرو–جابه‌جایی دیوار برشی فولادی سه‌طبقه تمرکز دارد.

تطابق نزدیک نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مدل توسعه‌یافته در Abaqus می‌تواند رفتار دیوار برشی مورد بررسی را به‌خوبی بازتولید کند.

ویژگی‌های کلیدی

• مدل دیوار برشی فولادی سه‌طبقه.
• سه ورق فولادی پرکننده و چندین سخت‌کننده.
• تحلیل کمانش و استخراج مودهای کمانش.
• تعریف نقص هندسی اولیه بر اساس مودهای کمانش.
• تحلیل غیرخطی تحت بارگذاری چرخه‌ای.
• اعمال بارگذاری چرخه‌ای به تیر بالایی سازه.
• استخراج پاسخ هیسترزیس نیرو–جابه‌جایی.
• مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی.
• فایل‌های کامل مدل Abaqus.
• فایل Excel شامل داده‌های بارگذاری چرخه‌ای.
• فایل Excel شامل نتایج عددی.
• مقاله پژوهشی مرجع.
• آموزش ویدئویی گام‌به‌گام.

آنچه یاد خواهید گرفت

• نحوه مدل‌سازی دیوار برشی فولادی سه‌طبقه در Abaqus.
• نحوه تعریف هندسه و خواص مواد مدل.
• نحوه مدل‌سازی ستون‌ها، تیرها، ورق‌های فولادی و سخت‌کننده‌ها.
• نحوه تعریف اندرکنش‌ها و قیود موردنیاز.
• نحوه تعریف شرایط مرزی دیوار برشی.
• نحوه انجام تحلیل کمانش.
• نحوه استخراج مودهای کمانش از Abaqus.
• نحوه اعمال نقص هندسی اولیه با استفاده از مودهای کمانش.
• نحوه تعریف بارگذاری چرخه‌ای با استفاده از گزینه Amplitude در Abaqus.
• نحوه اعمال بارگذاری چرخه‌ای به تیر بالایی سازه.
• نحوه انجام تحلیل غیرخطی تحت بارگذاری چرخه‌ای.
• نحوه استخراج منحنی هیسترزیس نیرو–جابه‌جایی.
• نحوه استخراج و پردازش نتایج Abaqus با استفاده از Excel.
• نحوه مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی.

مقاله مرجع

این پروژه بر اساس مقاله پژوهشی با عنوان «Ductility and Energy Dissipation Capacity of Shear-dominated Steel Plate Walls» انجام شده است.

فایل مقاله مرجع همراه با فایل‌های پروژه ارائه می‌شود و می‌توان از آن برای بررسی پیکربندی نمونه آزمایشگاهی، روش بارگذاری و نتایج گزارش‌شده استفاده کرد.