در این مقاله در رابطه با انواع معیارهای طراحی استاتیکی از درس طراحی اجزاء مهندسی مکانیک به صورت خلاصه و به زبان ساده توضیح داده می شود. از معیارهای طراحی استاتیکی می توان به معیار ون مایسز، تنش برشی ماکزیمم، کولمب مور، انرژی عمودی ماکزیمم و .... اشاره کرد.
برای مشاهده لیست مدرسین و اساتید فعال در زمینه آموزش طراحی اجزای رشته مهندسی مکانیک بر روی عبارت تدریس خصوصی طراحی اجزا کلیک کنید.
درس طراحی اجزا جزو دروس کاربردی و مهم مهندسی مکانیک است. دانشجویانی که به مباحث طراحی علاقه دارند می تواند از این درس مطالب بسیار خوبی را یاد بگیرند. برای خوب یاد گرفتن درس طراحی اجزاء باید درس هایی مانند مقاومت مصالح و استاتیک را خوب آموزش دیده باشید. در واقع در بسیاری از طراحی های مهندسی مکانیک مطالبی که در این دو درس ارائه شده اند مورد نیاز می باشد. در حالتی که بارهای اعمالی به قطعه تغییر نمی کند اصطلاحا گفته می شود که بارهای اعمالی حالت استاتیکی دارد. در این مقاله معیارهای طراحی ای که در حالت بارگذاری استاتیکی مورد استفاده قرار می گیرد معرفی می شود. نکته مهمی که باید در نظر داشت این است که طراحی استاتیکی برای مواد نرم یا داکتیل متفاوت از مواد ترد یا بریتل است و در نتیجه معیارهای مختلفی برای این دو دسته از مواد وجود دارد. مواد نرم نقطه تسلیم مشخصی دارند و به برش حساس هستند. در حالیکه مواد ترد نقطه تسلیم مشخصی ندارند و به بارها و تنش های عمودی حساس می باشند. بنابراین برای هر دسته از این مواد معیارهای متفاوتی باید در نظر گرفته شود. در ادامه معیارهای طراحی استاتیکی معرفی می شود.
مطالعه مقاله طراحی مهندسی قطعات مکانیکی از درس طراحی اجزاء 1 هم پیشنهاد می شود.
معیارهای طراحی استاتیکی برای مواد نرم Ductile materials (yield criteria)
1- معیار ماکزیمم تنش برشی یا ترسکا Maximum shear stress (MSS)
طبق این معیار تسلیم در قطعه وقتی اتفاق می افتد که تنش برشی در بحرانی ترین نقطه آن به تنش تسلیم نمونه کششی در حالی که داشت تسلیم می شد برسد. روابطی که برای این معیار وجود دارد در ادامه ارائه شده است. طبق این معیار استحکام تسلیم برشی نصف استحکام تسلیم کششی است.
سه حالت برای استفاده از معیار ترسکا می تواند وجود داشته باشد که در شکل زیر قابل مشاهده است.
ناحیه امن طراحی بر اساس معیار تنش برشی ماکزیمم در شکل زیر قابل مشاهده است. اگر حالت تنش مورد بررسی در داخل ناحیه آبی رنگ در شکل زیر بیفتد تسلیم اتفاق نمی افتد.
مطالعه مقاله طراحی در مهندسی مکانیک و طراحی اجزای مکانیکی هم مفید است.
2- معیار انرژی اعوجاجی (ون مایسز) Distortion energy (DE)
این معیار بر پایه انرژی است. طبق این معیار اگر انرژی اعوجاجی ایجاد شده در قطعه به مقداری برابر با انرژی اعوجاجی نمونه کششی حین تسلیم برسد، قطعه مورد بررسی هم تسلیم خواهد شد. رابطه نهایی ای که برای معیار انرژی اعوجاجی وجود دارد به صورت زیر می باشد.
طرف چپ رابطه بالا در واقع تنش ون مایسز است و رابطه آن در کلی ترین حالت به صورت زیر است.
به این معیار تئوری تنش برشی اکتاهدرال هم گفته می شود. ناحیه امن این معیار که به شکل یک بیضی است در شکل زیر نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می شود معیار ترسکا به نسبت ون میسز محافظه کارانه تر است.
مطالعه کنید: سوال امتحانی، تمرین و مطالب آموزشی درس طراحی اجزاء 1 و 2 مهندسی مکانیک
3- معیار کولمب مور نرم Ductile Coulomb-Mohr
معیار دیگری که هم برای مواد نرم و هم برای مواد ترد مورد استفاده قرار می گیرد معیار کولمب مور است. روابط مربوط به این معیار و حالت های مختلف آن در ادامه ارائه شده است. در روابط زیر اگر از استحکام تسلیم استفاده شود در واقع معیار را برای مواد نرم استفاده کرده ایم و اگر از استحکام نهایی استفاده شود در واقع برای مواد ترد از این معیار استفاده شده است. در روابط زیر n ضریب ایمنی است.
ناحیه امن برای این معیار طراحی در شکل زیر نمایش داده شده است. برای مواد نرم معمولا استحکام تسلیم کششی و فشاری با هم برابر است اما در حالتی که با هم برابر نباشد استفاده از این معیار کاملا مناسب می باشد.
با استفاده از روابط این معیار استحکام تسلیم برشی به صورت زیر بدست می آید.
در شکل زیر معیارهای طراحی با نتایج تجربی مقایسه شده اند. همانطور که مشاهده می شود معیار ون مایسز دقت بسیار خوبی دارد و ترسکا محافظه کارانه است.
این مقاله را هم بخوانید: سرفصل های درس طراحی اجزای 1 مهندسی مکانیک
معیارهای طراحی استاتیکی برای مواد ترد Brittle materials (fracture criteria)
1- معیار تنش عمودی بیشینه Maximum normal stress (MNS)
طبق این معیار شکست وقتی اتفاق می افتد که ماکزیمم تنش اصلی از استحکام قطعه بیشتر شود. روابطی که برای این معیار وجود دارد در ادامه ارائه شده است.
ناحیه امن برای این معیار در شکل زیر قابل مشاهده است. این معیار به صورت کلی معیار خوبی نیست. البته در حالت کشش خالص و یا فشار خالص می توان تا حد زیادی به آن اعتماد کرد.
مطالعه دانلود رایگان نمونه سوال امتحانی طراحی اجزاء 1 رشته مهندسی مکانیک مقطع کارشناسی هم پیشنهاد می گردد.
2- معیار کولمب مور ترد Brittle Coulomb-Mohr (BCM)
این معیار در بخش مواد نرم توضیح داده شد. برای مواد ترد هم روابط دقیقا همان روابط است با این تفاوت که باید از استحکام نهایی استفاده کرد. برای مواد نرم از استحکام تسلیم استفاده می شد.
مطالعه کنید: خلاصه جزوه طراحی اجزاء - مبحث معیارهای استاتیکی
3- معیار مور اصلاح شده Modified Mohr (MM)
معیار مور اصلاح شده، همانطور که از اسم آن مشخص است با اعمال اصلاحاتی در معیار کولمب مور بدست آمده است. روابط مربوط به معیارهای کولمب مور ترد و مور اصلاح شده در ادامه ارائه شده است.
در شکل زیر معیارهای مختلف که برای مواد ترد وجود دارد با هم مقایسه شده اند. در ناحیه 1 و 3 تقریبا همه ی معیارها بر هم منطبق هستند. در ناحیه 2 و 4 که ترکیبی از تنش های عمودی و فشاری وجود دارد معیار مور اصلاح شده دقیق ترین معیار است و بیشترین همخوانی را با نتایج تجربی دارد.
حتما بخوانید: دانلود تست کنکور کارشناسی ارشد طراحی اجزاء - ارشد 90
در تهیه این مطالب از کتاب طراحی اجزای شیگلی استفاده شده است.
تهیه و تنظیم: ایران مدرس (استفاده از مطالب با ذکر منبع و لینک به ایران مدرس مجاز است)
