نیروهای خارجی

دانلود پایان نامه

 میراگرهای ویسکوز اولین بار در قرن 19 برای خنثی سازی اثرات ضربه توپها در کشتی استفاده شد. در نیمه اول قرن 20 وارد کمپانی اتومبیل سازی شد و در اواخر دهه 1980 جهت استفاده این نوع میراگرها در صنعت ساختمان، آزمایشاتی در مرکز ملی مهندسی زلزله در دانشگاه  در نیویورک انجام شد. میراگرهای ویسکوز استفاده شده در سازهها، از  40 تا  140 سانتیمتر طول دارند و محدوده نیروهای خارجی آنها از  44.5 تا  9 است. یک میراگر ویسکوز تشکیل شده از یک پیستون که روزنه هایی در قسمت انتهایی دارد و با حرکت رفت و برگشت در داخل سیلندر، سیال لزج وارد روزنه ها شده و تولید نیرو می کند. نیروی تولید شده به اندازه و شکل روزنه ها و همچنین سرعت حرکت وابسته می باشد. یک سیال لزج میرا ضمن تعدیل انرژی، از طریق هل دادن سیال به درون منافذ، یک فشار مستهلک کننده ایجاد می کند که باعث تولید نیرو می شود. این نیروهای میرا تا 90 درصد خارج از مرحله تولید تغییر مکان به وسیله نیروهای محرک ایجاد می شوند و این بدان معناست که نیروهای میراکننده تأثیری در افزایش نیروهای لرزه ای منجر به افزایش تغییر شکل سازه ندارند. افزایش سیال میرا به سازه می تواند خاصیت استهلاک سازه را به چیزی بیش از 30% حد نهایی و بحرانی خود برساند که این مقدار در بعضی از موارد بیشتر هم هست. افزودن سیال میراکننده به یک سازه موجب کاهش شتاب افقی طبقه و تغییر شکلهای جانبی تا 50% و گاهی بیشتر می شود . سیال ضربه گیر نوعی روغن سیلسکین ( روغن حاوی اکسیژن و کوارتز ) که ضمن ساکن و پایدار ماندن برای مدت طولانی، غیر قابل اشتعال و غیر سمی است. ایده این دسته از میراگرها نیز همان طور که ایده میراگرهای اصطکاکی از ترمز اتومبیل گرفته شده است از اتومبیل سرچشمه می گیرد. سیستم تعلیق اتومبیل از یک فنر و یک کمک فنر   ( میراگر ) استفاده می کند که در تعامل با یکدیگر ، ضربات وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی آنها را اتلاف می کنند.  اگر ستونهای یک سازه را به عنوان فنر در نظر بگیریم، در واقع با ایجاد کمک فنر ( میراگر ) در کنار آنها می توانیم انرژی وارده به سازه در اثر زلزله را اتلاف نماییم. ساختمان میراگرهای مایع لزج عموماً از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است. مایع لزج داخل سیلندر توسط پیستون فشرده می شود، با توجه به اینکه درون پیستون، سیلندر دیگری وجود دارد که به وسیله سوراخهای ریزی می تواند مایع را به درون پمپ کند، با اعمال فشار به سیستم مایع لزج با سرعت کمی بین دو سیلندر مبادله می شود و مقدار زیادی انرژی را اتلاف می کند. ساختمان کلی این میراگرها در شکل 14 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که این میراگر حساسیتی نسبت به تغییرات حرارتی نداشته و ساختمان جامد مورد اثر پدیده های خستگی و اثر باوشینگر قرار نخواهد گرفت اما طول عمر آن نسبت به طول عمر سازه کم است. این میراگرها جایگزین مناسبی برای روش جداسازی از پایه به شمار می روند ، زیرا هم هزینه کمتری دارند و هم نصب و اجرای راحت تری دارند. میراگر مایع لزج قابلیت طراحی برای سازه های جدید و سازه های ساخته شده را دارد و با توجه به کوچکی اندازه این قطعات وقتی به سازه اضافه می شوند، تغییری در شکل سازه به وجود نمی آورند؛ این مسئله در بازسازی ابنیه تاریخی بسیار حائز اهمیت است. افزودن این میراگرها به سازه اغلب به تغییر شکل سازه منجر نخواهد شد و در خود سازه نیز تغییری به وجود نخواهد آورد. میراگرهای مایع لزج به طرق متعددی به عنوان اعضای قطری قابل نصب هستند. مزایا و معایب چند مزیت مهم برای استفاده از میرا گرهای ویسکوز وجود دارد. میرا گرهای ویسکوز نیروی میرایی در یک سازه تولید میکنند و این نیرو به طور ذاتی غیر هم فاز با ما کزیمم پاسخ سازه در طی رویداد لرزه ای است. به این دلیل میراگرهای ویسکوز می توانند برش طبقه ، شتاب و برش پایه را کاهش دهند. میراگر ویسکوز یک وسیله مهر و موم شده است و این موجب تمایل کمتر آن به خطرات جوی می شود. در نهایت عملکرد میراگر ویسکوز تقریباً مستقل از حرارت است و معادله میرای ویسکوز مشابه برای همه سطوح فرکانس معتبر است. متأسفانه میراگرهای ویسکوز هنوز برای مدل سازی پیچیده هستند به علت اینکه نیروی خارجی آنها بر اساس سرعت آنها است. میراگرهای ویسکوز باید در یک ماتریس جدا مطرح شوند و ماتریس ضرایب میرایی جزء جدا ناپذیر روند حل است و اگر میراگرها به صورت ناهمسانی در سازه قرار بگیرند، تجزیه سیستم جهت تحلیل دشوار خواهد بود. همچنین معایب دیگر برای میراگرهای ویسکوز وجود دارد. به علت فشردگی کم سیال ویسکوز ، شروع به کار کردن با ضربه ای در میراگر ویسکوز همراه است. کاربرد میراگرهای ویسکوز اولین استفاده از میراگرهای ویسکوز برای هدف لرزهای در سال 1993 در طراحی مقاوم سازی لرزه ای مرکز پخش دارویی  در کالیفرنیا بود . میراگرهای ویسکوز اضاقه شده به سیستم کمک کرد تا تغییر مکانها زیر 22 اینچ باقی مانده و پریود موثر سازه را تا 3 ثانیه بالا برد. کاربردهای لرزهای دیگر شامل ساختمان هتل  و اخیراً برای بهسازی پلها را می توان نام برد []. میراگر 20 تنی نشان داده شده در شکل (3-7-ب) به وسیله شرکت لورد و دانشگاه نتردام ساخته شده است. وزن این میراگر 250 کیلوگرم و طول آن 1 متر میباشد که با 6 لیتر مایع MR پر شده است. از نمونه های ساخته شده دیگر می توان به میراگر30 تنی ساخته شده برای تست در مرکز تحقیق بین المللی مهندسی زلزله در تایوان توسط شرکت سانوا تیکی در ژاپن اشاره کرد. شکل (3-7-الف). ماکزیمم جریان و ولتاژی که میتوان تا قبل از اشباع میراگر بکار برد 2 آمپر و متناظر 1 ولت میباشد [].
الف- میراگر 30 تنی ب- میراگر 20 تنی
شکل ‏37- میرا کننده ی مورد استفاده در کنترل ارتعاشات سازه
سیال تنظیمپذیر مغناطیسی
سیال تنظیمپذیر مغناطیسی یا به اختصار MRF ، مادهای است که تحت تأثیر میدان مغناطیسی، تنش تسلیم و ویسکوزیته آن افزایش یافته، به گونهای که با افزایش شدت میدان از حالت مایع به حالت نیمه جامد تبدیل میشود که این تغییرات برگشت پذیر است.
سیال تنظیم پذیر الکتریکی یا به اختصار ERF توسط وینسلو معرفی شد. بعضی از مزیتهایMRF نسبت به ERF باعث شد که توجه زیادی به منظور ساخت محصولات بر پایه سیال ERF ایجاد نشود. در جدول (3-1) مقایسهای بین ویژگیهای این دو سیال ارائه شده است.
جدول ‏31- مقایسه ویژگیهای سیال مغناطیسی و سیال الکتریکی
سیال الکتریکی
سیال مغناطیسی
ویژگی
Kpa5-2
Kpa 100-50
حداکثر تنش تسلیم τ0
kV/m 4~
kA/m 250~
حداکثر میدان مغناطیسی
Pa-s 0/1-1/0
Pa-s 10-1/0
ویسکوزیته پلاستیک ظاهریη
90-10+
150-40-
محدوده دمای عملکرد

مطلب مشابه :  اصل بیستم قانون اساسی