کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6754196 1430820 2018 14 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Finite element modeling of temperature load effects on the vibration of local modes in multi-cable structures
ترجمه فارسی عنوان
مدل سازی عددی محدود از اثرات بار بر روی لرزش حالت های محلی در سازه های چند کابل
کلمات کلیدی
کابل، درجه حرارت، المان محدود، لرزش، دینامیک، پل
ترجمه چکیده
درک اثرات حرارتی بر ارتعاش حالت های محلی (غالب کابل) در ساختارهای چند کابل، یک کار پیچیده است. دشواری اصلی در اصلاح تغییر درجه حرارت تنش کابل است که پس از آن مشخص نیست. در این مقاله یک روش عنصر محدود برای بررسی اثرات بارهای حرارتی بر پویایی خطی ساختارهای چند کاناله خودجوش پیش بندی استفاده می شود. با توجه به اینکه شرایط مرزی با دقت مورد بررسی قرار می گیرند، تقسیم کابل با عناصر پرتو منحنی غیرخطی می تواند به درستی رفتار حرارتی کابل ها و همچنین دینامیک خطی آنها را نشان دهد. یک روش سه مرحله ای که هدف آن جایگزینی نیروهای پیشنهادی اعمال شده با شرایط پیوندی جابجایی است استفاده می شود. با وجود افزایش هزینه محاسباتی مربوط به درجه چرخش پرتو آزادی، چنین رویکرد دارای چندین مزیت است. عناصر محدودی پرتو غیر خطی معمولا در کدهای تجاری موجود هستند. روش کلی به دنبال یک تحلیل غیر خطی هندسی حرارتی است و به این ترتیب شامل منابع اصلی غیر خطی در سازه های چند کابل است. اثرات سختی خمش کابل، که می تواند قابل توجه باشد، به طور طبیعی به حساب می آید. دقت رویکرد عددی به واسطه یک مدل تحلیلی برای ارتعاش یک کابل تک کاناله تحت تغییر دما، ارزیابی می شود. سپس اثرات بارهای حرارتی برای دو پل کابلی مورد بررسی قرار می گیرد، تا مشخص شود چگونه فرکانس های طبیعی می توانند تحت تاثیر دما قرار گیرند. اگر چه غیرقابل انعطاف، تغییر نسبی معکوس فرکانس طبیعی ممکن است برای حالت های خاص محلی رخ دهد. این پدیده را می توان با دو مکانیزم متمایز توضیح داد: یکی مربوط به فیزیک درونی کابل ها و دیگری مربوط به انحراف حرارتی بالای ساختار است. نتایج عددی نشان می دهد که کابل ها نمی توانند از بقیه ساختار جدا شوند و اهمیت مدل سازی کل ساختار برای تحلیل کمی از اثرات دما بر پویایی پل های کابل.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی عمران و سازه
چکیده انگلیسی
Understanding thermal effects on the vibration of local (cable-dominant) modes in multi-cable structures is a complicated task. The main difficulty lies in the modification by temperature change of cable tensions, which are then undetermined. This paper applies a finite element procedure to investigate the effects of thermal loads on the linear dynamics of prestressed self-weighted multi-cable structures. Provided that boundary conditions are carefully handled, the discretization of cables with nonlinear curved beam elements can properly represent the thermoelastic behavior of cables as well as their linearized dynamics. A three-step procedure that aims to replace applied pretension forces with displacement continuity conditions is used. Despite an increase in the computational cost related to beam rotational degrees of freedom, such an approach has several advantages. Nonlinear beam finite elements are usually available in commercial codes. The overall method follows a thermoelastic geometrically non-linear analysis and hereby includes the main sources of non-linearities in multi-cable structures. The effects of cable bending stiffness, which can be significant, are also naturally accounted for. The accuracy of the numerical approach is assessed thanks to an analytical model for the vibration of a single inclined cable under temperature change. Then, the effects of thermal loads are investigated for two cable bridges, highlighting how natural frequencies can be affected by temperature. Although counterintuitive, a reverse relative change of natural frequency may occur for certain local modes. This phenomenon can be explained by two distinct mechanisms, one related to the physics intrinsic to cables and the other related to the thermal deflection of the superstructure. Numerical results show that cables cannot be isolated from the rest of the structure and the importance of modeling the whole structure for a quantitative analysis of temperature effects on the dynamics of cable bridges.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of Sound and Vibration - Volume 413, 20 January 2018, Pages 191-204
نویسندگان
,