مدل‌سازی عددی تیرهای فولادی تقویت‌شده با نوارهای cfrp تحت بارگذاری خستگی

تحلیل اجزای سازه‌ای تحت بارگذاری خستگی به علت پیچیدگی رفتار تحت این نوع از بارگذاری یکی از چالش‌ برانگیزترین مسائل در حوزه مهندسی عمران و سازه است. برای یافتن عمر خستگی یک عضو سازه‌ای باید از آزمایش‌های زمان‌بر و هزینه‌بر استفاده ‌شود و این در حالی ‌است که داده‌های بدست آمده دارای پراکندگی زیادی هستند و برای شرایط متفاوت قابل‌ استفاده نیستند. بنابراین ارایه‌ی یک مدل برای شبیه‌سازی شرایط خستگی ضمن کاهش هزینه‌های انجام آزمایش و صرفه‌جویی در زمان، می‌تواند یک راه‌حل جامع و نظام‌مند را برای شرایط گوناگون ارایه کند. بر این اساس، در پزوهش پیش رو، با بهره‌گیری از یافته‌های یک پژوهش آزمایشگاهی موجود، رفتار تیرهای فولادی تقویت‌نشده و تقویت‌شده تحت بارگذاری خستگی، با شبیه‌سازی در یک مدل عددی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، یازده تیر فولادی با بال کششی بریده شده (نیمرخ w5×10 از جنس فولاد a36) تقویت‌نشده و تقویت‌شده با نوارهای cfrp، در نرم‌افزار اجزای محدود مدل‌سازی شدند و در بازه‌های تنش 207 تا 379 مگاپاسکال با فرکانس 5 تا 10 هرتز تحت بارگذاری خستگی قرار گرفتند. نتیجه ها حاصل از مدل‌سازی عددی با نتیجه ها پژوهش آزمایشگاهی پیشین مقایسه و رابطه‌هایی جهت تخمین عمر خستگی نمونه‌های تقویت‌نشده و تقویت‌شده ارایه شد. روند افت سختی نسبی نمونه‌ها در مدل عددی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ها حاصل از درست آزمایی نشان داد که مدل عددی و رابطه‌های استخراج‌شده از دقت مناسبی برخوردار هستند.

numerical modeling of steel beams strengthened with cfrp sheets under fatigue loading

analysis of structural components under fatigue loading due to the complexity of the loading is one of the most challenging problems in civil and structural engineering field. in order to find the fatigue life of a structural member, the costly and time consuming experiments must be conducted while the collected data is very scattered and cannot be used for other conditions and problems. therefore, finding effective numerical models to analyze a member subjected to fatigue load, could reducing time and expenses while could offer a systematic and general solution in variety of conditions. in this research, using the findings of a previous experimental study, the behavior of cfrp retrofitted and unretrofitted notched steel beams under fatigue loading has been studied by finite element by numerical modeling in a commercial finite element software. in this study, 11 notched cfrp retrofitted and unretrofitted steel beams (hot rolled w5×10 made of a36 steel) were modeled and fatigue loaded until failure with stress range between 207 and 379 mpa under frequency of 5 to 10 hz. the results of numerical modeling were compared with the results of previous experimental study and several equations were presented to estimate the fatigue life of unretrofitted and retrofitted specimens. the normalized stiffness losses of specimens were investigated as well. the verifications showed that numerical models and extracted equations have good agreement with the experimental results.