مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پیشنهاد یک جزء مرتبه بالای سه گرهی تیموشنکو برای تحلیل تیرها و قاب های دو بعدی

نویسنده
استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد لارستان، لارستان، ایران
چکیده
در این مقاله یک جزء مرتبه بالا برای تحلیل تیرهای با اثر برش پیشنهاد می گردد. این جزء دارای سه گره و شش درجه آزادی می باشد. رابطه سازی جزء برپایه ی کرنش برشی مرتبه ی یکم (FSDT) می باشد. برای این منظور، میدان جابجایی تیر از درجه پنج انتخاب می گردد. هم چنین، کرنش برشی جزء در طول آن نیز، دارای تغییرات درجه دو خواهد بود. یادآوری می گردد که، تغییرشکل محوری جزء نیز از درجه ی دو خواهد بود. با نوشتن رابطه های انحنا و کرنش برشی تیر تیموشنکو، تابع های درون یاب برای میدان های جابه جایی و دوران جزء به صورت صریح حساب می گردد. در ادامه، با بهره جویی از این تابع های درونیاب، ماتریس سختی جزء در دسترس قرار می گیرد. در پایان با آزمون های عددی دقت و کارایی جزء پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها نشان دهنده ی دقت بالای جزء در تحلیل ایستایی تیرهای با اثر برش و هم چنین نبود مشکل قفل برشی می باشد. یادآوری می گردد که، به دلیل به کار بردن میدان جابه جایی درجه پنج، جزء پیشنهادی قادر است در تحلیل ایستایی برای بارهای گسترده با تغییرات خطی نیز، پاسخ های دقیق را برای تغییرمکان ها و نیروهای داخلی ارائه کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A new high order three-node Timoshenko beam element for static analysis of beam and plane frame structures

نویسنده English

Mohammad Karkon
چکیده English

In this paper a new high order element is proposed for analysis of beams with shear deformation effect. In each node of this element exist translation and rotation degrees of freedom. The element’s formulation is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). For this aim, displacement field of the element is selected from fifth order. Moreover, the shear strain is varied as quadratic function throughout the element. It is worth emphasizing that the quadratic function can be used for axial displacement field. By employing of curvature and shear strain relations of Timoshenko beam theory, the exact and explicit shape functions of the displacement fields is obtained. By utilizing these shape functions, beam elements’ stiffness matrix is also calculated. Finally, several numerical tests are performed to assess the robustness of the suggested element. The results of the numerical testes are proven the absence of the shear locking and high accuracy and efficiency of the proposed element for analysis of beam and frame structures. It should be mentioned, due to utilizing fifth order function for displacement field, the proposed element calculate exact solution for displacements and internal forces throughout the element for triangular distributed loads.

کلیدواژه‌ها English

Finite element
Timoshenko Beam
Three-node Element
Static Analysis