Ανομοιόμορφη Στρέψη Ράβδων με τη Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Μώκος Βασίλειος                                    
Επιβλέπων Καθηγητής: Σαπουντζάκης Ε., Λέκτορας           
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2001

Στα ραβδωτά στοιχεία φορέων, στα οποία το επίπεδο της εξωτερικής φόρτισης δεν διέρχεται από το κέντρο διάτμησης, αναπτύσσονται διατμητικές τάσεις προκαλώντας στρέβλωση των διατομών τους  λόγω στρέψης. Αν η στρέβλωση δεν παρεμποδίζεται η ισορροπία επιτυγχάνεται μέσω των διατμητικών τάσεων Saint-Venant. Γενικά οι διαμήκεις μετατοπίσεις που προκαλούν στρέβλωση της διατομής παρεμποδίζονται λόγω φορτίσεως ή συνθηκών στήριξης και η στρέψη είναι ανομοιόμορφη. Στην περίπτωση αυτή η γωνία συστροφής μεταβάλλεται κατά μήκος της ράβδου και αναπτύσσονται πρωτογενείς και δευτερογενείς διατμητικές τάσεις και ορθές τάσεις στρέβλωσης. Στους συνήθεις υπολογισμούς λαμβάνονται υπόψη μόνο οι πρωτογενείς διατμητικές τάσεις, ενώ οι δευτερογενείς διατμητικές και ορθές από στρέβλωση συνήθως αγνοούνται και συνυπολογίζονται προσεγγιστικά μόνο στις λεπτότοιχες ράβδους. Οι τάσεις αυτές δεν είναι τάσεις καταναγκασμού, οι οποίες μειώνονται με ρηγμάτωση ή διαρροή του υλικού, αλλά τάσεις φόρτισης με δυνατότητα ανακατανομής. Ο συνυπολογισμός των τάσεων αυτών ενδέχεται να είναι σημαντικός.

Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται η Μέθοδος Συνοριακών Στοιχείων για την επίλυση του προβλήματος της ανομοιόμορφης στρέψης ελαστικών πρισματικών ράβδων διατομής απλής ή πολλαπλής συνοχής τυχόντος σχήματος. Η ράβδος υποβάλλεται σε τυχούσα στρεπτική φόρτιση και δεσμεύεται με τις πλέον γενικές γραμμικές στρεπτικές συνοριακές συνθήκες. Η ανάλυση της ράβδου είναι πλήρης. Επιλύονται τρία προβλήματα συνοριακών τιμών με τη βοήθεια της Μεθόδου Συνοριακών Στοιχείων. Υπολογίζεται η πρωτογενής και δευτερογενής συνάρτηση στρέβλωσης, το κέντρο συστροφής ως προς το οποίο αναφέρεται η ανομοιόμορφη στρέψη, η αντίσταση σε στρέψη και στρέβλωση της διατομής, οι αναπτυσσόμενες πρωτογενείς και δευτερογενείς διατμητικές τάσεις και οι ορθές τάσεις από στρέβλωση στο εσωτερικό ως επίσης και στο σύνορο της ράβδου. Η αριθμητική μέθοδος που προτείνεται για την επίλυση των ιδιόμορφων συνοριακών ολοκληρωτικών εξισώσεων αποδεικνύεται αποτελεσματική. Όλες οι διακριτοποιήσεις περιορίζονται στο σύνορο. Βάσει της αριθμητικής διαδικασίας συντάσσεται πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ο αλγόριθμος που εφαρμόζεται είναι απλός. Αναλύεται πλήθος διατομών ράβδων με μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον, όπως διατομές κιβωτιοειδούς μορφής και μορφής πλακοδοκού και γίνεται σύγκριση της ακρίβειας της μεθόδου με υπάρχουσες λύσεις. Ο σωστός προσδιορισμός και συνυπολογισμός των δευτερογενών διατμητικών τάσεων και ορθών τάσεων στρέβλωσης είναι καθοριστικής σημασίας στις στατικές αναλύσεις των ραβδωτών στοιχείων φορέων.