مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

محاسبه فرکانس طبیعی ستونی غیر منشوری، با رفتار الاستیک غیرمحلی، تحت تغییرات حرارتی با روش اجزای محدود

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته ی کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش سازه دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) قزوین ، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره) قزوین، ایران
10.22065/jsce.2026.578759.3941
چکیده
نظریه غیر موضعی اولین‌بار توسط ارینگن مطرح شد. در نظریه کلاسیک، با دانستن حالت کرنش در یک نقطه می‌توان حالت تنش را در آن نقطه را با استفاده از روابط ساختاری به دست آورد. اما در تئوری غیر موضعی، برای به‌دست‌آوردن حالت تنش در یک نقطه، باید حالت کرنش در تمام نقاط دامنه معلوم باشد. در همین راستا، پژوهش‌های محدودی در خصوص لحاظ اثر پارامتر غیرمحلی ارینگن در محاسبه ارتعاشات ستون‌های غیر منشوری انجام شده است. در پژوهش حاضر، به بررسی اثر هم‌زمان پارامتر غیرمحلی ارینگن و ضریب تغییرات حرارتی بر فرکانس طبیعی ستونی غیر منشوری پرداخته می‌شود. اثر تغییرات ممان اینرسی در طول عضو ستون در سه حالت خطی، مکعبی و مرتبه چهارم لحاظ می‌شود. از روش اجزای محدود بر مبنای توابع لاگرانژ مرتبه سی‌ام برای حل معادله متشکله استفاده می‌شود. مزیت روش مذکور بر روش اجزای محدود عادی این است که در روش فوق دیگر نیازی به تجمیع ماتریس‌های سختی نیست. دقت، سرعت همگرایی، پایداری و اجرای کد در نرم‌افزار متلب پاسخ روش فوق، در مقایسه با روش اجزا محدود با چند جمله درجه سوم بالاتر است. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که افزایش پارامتر غیرمحلی ارینگن و ضریب تغییرات حرارتی بسته به نوع شرایط مرزی تکیه‌گاهی، سبب کاهش یا افزایش فرکانس طبیعی بی بعد می‌شود. برای کاربردی‌بودن نتایج این پژوهش و استفاده آسان مهندسان و طراحان، از تکنیک برازش منحنی و انتخاب توابع درجه سوم برای فرمول یابی استفاده می‌شود. تطابق قابل‌قبولی بین نتایج پژوهش حاضر و پژوهش‌های پیشین برقرار است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Calculation of the Natural Frequency of a Non‑Prismatic Column with Nonlocal Elastic Behavior under Thermal Variations Using the Finite Element Method

نویسندگان English

Amir Hossein Taherkhani 1
Majid Amin Afshar 2
1 M.Sc. in Civil Engineering, Structural Engineering Branch, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Associate Professor, Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده English

The nonlocal theory was first introduced by Eringen. In classical theory, once the strain field at a point is known, the stress state at that same point can be determined through constitutive relations. However, in nonlocal theory, determining the stress at a point requires knowledge of the strain field across the entire domain. In this regard, only limited studies have examined the influence of Eringen’s nonlocal parameter on the vibration analysis of non prismatic columns. The present study investigates the combined effects of Eringen’s nonlocal parameter and the thermal gradient coefficient on the natural frequency of a non prismatic column. Variations in the column’s moment of inertia along its length are considered in three forms: linear, cubic, and fourth order. A finite element method based on sixth order Lagrange shape functions is employed to solve the governing equation. The advantage of this method over conventional finite element procedures is that it eliminates the need for assembling stiffness matrices. Compared to the standard cubic finite element method, the proposed approach offers higher accuracy, faster convergence, improved numerical stability, and efficient implementation in MATLAB. The results indicate that increasing Eringen’s nonlocal parameter and the thermal gradient coefficient may either decrease or increase the dimensionless natural frequency, depending on the boundary conditions. To enhance the practical applicability of the findings and facilitate use by engineers and designers, curve fitting techniques with third degree polynomial functions are employed for formulation. A satisfactory agreement is observed between the results of this study and previous research.

کلیدواژه‌ها English

Nonlocal Theory
Buckling
Vibration
Eigenvalue Analysis
Finite Element Method
Non-Prismatic Column

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 06 تیر 1405

  • تاریخ دریافت 21 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 06 تیر 1405