التحليل بالعناصر المتناهية لسلوك التلامس في الأسطوانات سميكة الجدار

الملخص

ستخدم تجميعات التركيب بالتداخل (Shrink-fit) المصنوعة من مواد غير متماثلة، مثل الألومنيوم والفولاذ، على نطاق واسع في المكوّنات الإنشائية سميكة الجدران لنقل الأحمال دون الحاجة إلى وسائل تثبيت ميكانيكية. وتوفّر هذه الوصلات مزايا متعددة، من بينها تقليل الوزن، وزيادة التماسك، وكفاءة التصنيع. ومع ذلك، ما تزال عملية التنبؤ الدقيق بتوزيع الإجهادات في هذه الأنظمة تمثّل تحديًا، إذ تعتمد على الضغط الداخلي، وضغط الانكماش الناتج عن التداخل، والشكل الهندسي للأسطوانة. كما أن الأساليب التحليلية الكلاسيكية، بما في ذلك معادلات لامي ونظرية هرتز، غير كافية للتنبؤ الدقيق بإجهادات التماس، والتشوهات اللدنة، والإجهادات المتبقية، عندما يصبح السلوك غير الخطي للمواد والتشوهات الكبيرة مؤثرين بشكل ملحوظ.

في هذه الدراسة، أُجري تحليل لاخطي باستخدام طريقة العناصر المتناهية باستخدام برنامج ABAQUS  لدراسة ضغط التلامس، وتوزيع الإجهادات، والتشوه اللدن في أسطوانتين متحدتي المركز ومفتوحتَي النهايتين من الألومنيوم والفولاذ، خاضعتين لظروف التركيب بالتداخل .(Shrink-fit) في البداية، طُبِّق حمل أولي مقداره 66.5  ميجا نيون/م²، ثم أُزيل لاحقًا لتحقيق ضغط تداخل مستهدف قدره 1ميجا نيون/م² عند السطح البيني بين الأسطوانتين بعد إزالة الحمل، ثم أُعيد تطبيق نصف الحمل التمهيدي الأصلي (33.25) ميجا نيون/م² لدراسة تطور الإجهادات، ونشوء الإجهادات المتبقية، وتفاعل المواد. بعد ذلك، قورنت النتائج المتحصل عليها بنتائج أسطوانة واحدة من الألومنيوم خاضعة لحمل مقداره 66.5 ميجا نيون/م². تُظهر المقارنة أن التركيب بالتداخل يحسّن توزيع الإجهادات ويقلل من القيم العظمى للإجهاد. وتوفّر هذه النتائج إطارًا منهجيًا لتصميم تجميعات أسطوانية سميكة الجدران تعتمد على التركيب بالتداخل، بما يتجاوز حدود الطرق التحليلية الكلاسيكية.