در این مقاله در رابطه با نحوه طراحی یک قطعه تحت بارگذاری استاتیکی در مهندسی مکانیک توضیح داده می شود. اگر به طراحی مهندسی علاقه مند هستید و می خواهید در رابطه با روند درست طراحی یک قطعه مکانیکی اطلاعاتی را بدست آورید این مقاله را بخوانید.
پیشنهاد ویژه سایت ایران مدرس: راهنمایی استفاده از معیارهای طراحی استاتیکی مواد نرم و ترد درس طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک
برای اینکه یک دانشجو یا فارغ التحصیل مهندسی مکانیک بتواند به درستی قطعه ای را طراحی نماید باید از درس های مختلف اطلاعاتی را داشته باشد. برای انجام طراحی مهندسی اطلاعات پایه ای زیادی لازم است. به عنوان مثال اگر قطعه ای تحت بارگذاری تکرار شونده ارتعاشی قرار دارد ممکن است طراحی آن به گونه ای باشد که باعث شود تشدید یا رزونانس رخ دهد و در نهایت قطعه وامانده گردد. بنابراین برای طراحی چنین قطعه ای طراح باید اطلاعات کافی در رابطه با ارتعاشات داشته باشد. یا اگر قطعه ای که قرار است طراحی شود در معرض برخورد با یک سیال قرار دارد نیروهای وارد بر آن از طرف سیال ممکن است قابل توجه باشد و در چنین حالتی داشتن دانش و اطلاعات در رابطه با درس مکانیک سیالات بسیار لازم و ضروری است. در طراحی قطعات واقعی ممکن است به دلیل پیچیده بودن هندسه و یا بارگذاری و یا هر دوی این موارد، لازم باشد از نرم افزارهای مختلف مانند اتوکد، سالیدورکس، کتیا، انسیس، آباکوس و ..... استفاده نمود. نکته دیگر اینکه برای طراحی قطعات در مهندسی مکانیک داشتن دانش و اطلاعات کافی از درس هایی مانند استاتیک، مقاومت مصالح و خصوصا طراحی اجزای 1 و 2 کاملا لازم است. برای محاسبه نیروهای وارده خوب بلد بودن درس استاتیک ضروری است و برای محاسبه تنش های اعمالی و خیز تیر و تغییر شکل ها و .... داشتن اطلاعات در رابطه با درس های مقاومت مصالح 1 و 2 کاملا لازم می باشد.
پیشنهاد می شود مقاله آموزش طراحی اجزا رشته مهندسی مکانیک - معیارهای طراحی استاتیکی به زبان ساده را هم بخوانید. برای مشاهده لیست مدرسین طراحی اجزا بر روی عبارت تدریس خصوصی طراحی اجزا کلیک نمائید.
اما اگر قصد دارید یک قطعه مکانیکی تحت بارگذاری استاتیکی را طراحی نمائید باید مباحث مرتبط با درس طراحی اجزا را به خوبی بلد باشید. بارگذاری استاتیکی نوعی از بارگذاری است که با گذر زمان تغییر نمی کند. اگر اندازه یا جهت بار اعمالی تغییر کند ممکن است پدیده خستگی اتفاق بیفتد که مبحث کاملا مجزایی است. همانطور که می دانید قبل از انجام طراحی قطعه باید ملاحظاتی در نظر گرفته شود. در این مقاله قصد داریم در رابطه با طراحی از دیدگاه مهندسی مکانیک توضیح دهیم. اما همانطور که می دانید قبل از اینکه قطعه ای طراحی شود باید کارهای مقدماتی ای انجام گردد. در ابتدای کار باید نیاز تشخیص داده شده و مسئله تعریف گردد. تعریف مسئله بسیار مهم است و در جواب نهایی بسیار موثر خواهد بود. اگر مسئله به درستی تعریف نشود ممکن است قطعه نهایی بدست آمده نتواند پاسخگوی نیازی باشد که از ابتدا مد نظر بوده است. بنابراین، باید ابتدا نیاز به درستی تشخیص داده شود و در مرحله بعد مشخص گردد طراحی ای که قرار است انجام شود می خواهد چگونه به نیاز پاسخ دهد. باید تعریف دقیقی از مسئله داشت و قیدها و الزامات طراحی را مشخص نمود. تمام این مراحل قبل از شروع طراحی مهندسی مکانیک است. طراحی جواب منحصر به فردی ندارد و یک روند تکراری و رفت و برگشتی است. به عنوان مثال ممکن است در مرحله ارزیابی قطعه نتیجه گرفته شود که تعریف مسئله درست نبوده است و دوباره روند از اول شروع گردد.
مطالعه نمائید: طراحی در مهندسی مکانیک و طراحی اجزای مکانیکی
بعد از تشخیص نیاز و تعریف مسئله طرحی که پیشنهاد داده می شود باید از دیدگاه استحکام و از دیدگاه مهندسی مکانیک هم مورد بررسی قرار گیرد. ممکن است دستگاهی طراحی شود که شامل قطعات و اجزای زیادی از جمله شفت، چرخدنده، یاتاقان و .... باشد. باید برای تمامی این اجزا از دیدگاه مهندسی مکانیک بررسی های لازم را انجام داد و استحکام اجزا با ضریب ایمنی خوبی مورد تایید قرار گیرد. به عنوان مثال اگر قرار است یک لباس شویی طراحی شود تمام اجزای داخلی آن مانند موتور، چرخدنده ها، تسمه و .... مورد بررسی قرار گیرد و در نهایت کل دستگاه هم از دیدگاه ارتعاشی بررسی شود به گونه ای که فرکانس بارهای خارجی اعمالی با فرکانس طبیعی کل مجموعه از هم دور باشد تا رزونانس اتفاق نیافتد. قطعاتی که از دیدگاه مهندسی مکانیک طراحی می شوند، می توانند جزو مواد بریتل (ترد) و یا داکتیل (نرم) باشند. برای طراحی قطعات مختلف که تحت بارگذاری استاتیکی قرار دارند بسته به این که ترد یا نرم هستند روش های طراحی مختلفی وجود دارد. به عبارتی معیارهای طراحی مختلفی برای طراحی قطعات ترد و نرم ارائه شده است. قطعاتی که کرنش حین شکست آنها بزرگتر و مساوی 5 درصد باشد نرم و قطعاتی که کرنش حین شکست آنها کمتر از 5 درصد باشد اصطلاحا ترد نامیده می شوند. در تصویر زیر که از کتاب طراحی اجزای شیگلی گرفته شده است، معیارهای طراحی استاتیکی که برای مواد نرم و ترد وجود دارد و نحوه استفاده از این معیارها نمایش داده شده است. این محصول جالب را هم ببینید: دیدگاه های مختلف طراحی بالگرد (هلی کوپتر)
همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است برای مواد نرم سه معیار طراحی استاتیکی کولمب مور نرم Ductile Coulomb-Mohr، انرژی اعوجاجی Distortion-energy یا ون مایسز و تنش برشی بیشینه Maximum shear stress یا ترسکا وجود دارد. معیار کولمب مور نرم معمولا در حالتی استفاده می شود که تنش تسلیم فشاری و کششی با هم برابر نباشد. البته برای مواد نرم این حالت کمتر پیش می آید. در حالتی که رفتار ماده در کشش و فشار یکسان باشد (Syt=Syc) می توان برای مواد نرم از یکی از معیارهای ون مایسز و یا ترسکا استفاده نمود. معیار ون مایسز یا انرژی اعوجاجی دقیق ترین معیار برای مواد نرم است و معیار ترسکا محافظه کارانه است. در تصویر بالا به خوبی نمایش داده شده است که در چه حالتی باید از کدام معیار استفاده نمود. در فیلم های زیر در رابطه با معیارهای طراحی استاتیکی مواد نرم و فرمول ها و روابط آنها توضیحات بسیار خوب و کاملی ارائه شده است. اگر قطعه ای که می خواهید بسازید برای ساخت آن از یک ماده نرم استفاده می کنید باید برای طراحی آن از یکی از معیارهایی که توضیح داده شد استفاده نمائید. البته برای استفاده از این معیارها باید بتوانید تنش ها را محاسبه کنید و بعضا محاسبه تنش های اصلی در نقطه بحرانی هم لازم است.
فیلم نمونه تدریس خصوصی طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک - معیارهای طراحی استاتیکی - معیار کولمب مور
فیلم نمونه تدریس طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک - معیارهای طراحی استاتیکی - انرژی اعوجاجی (ون مایسز)
فیلم نمونه تدریس خصوصی طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک - معیارهای طراحی استاتیکی - ماکزیمم تنش برشی ترسکا
در نمودار ارائه شده در شکل بالا برای طراحی استاتیکی مواد ترد دو معیار کولمب مور ترد Brittle Coulomb-Mohr و مور اصلاح شده Modified Mohr معرفی شده است. اگر بخواهیم طراحی محافظه کارانه ای داشته باشیم از معیار کولمب مور ترد استفاده می کنیم. معیار مور اصلاح شده دقت بیشتری دارد و تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی هم دارد. البته معیار دیگری هم برای طراحی استاتیکی مواد ترد به اسم معیار تنش عمودی بیشینه وجود دارد که در این نمودار ارائه نشده است. معیار تنش عمودی بیشینه در حالتی که کشش یا فشار خالص داشته باشیم دقت خوبی دارد اما برای حالت هایی که ترکیبی از کشش و فشار وجود دارد این معیار خیلی مناسب نیست. در ویدیوهای آموزشی زیر در رابطه با معیارهای طراحی استاتیکی مواد بریتل یا ترد و فرمول ها و روابط مربوط به این معیارها توضیحات خوبی ارائه شده است.
فیلم آموزش طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک - طراحی استاتیکی مواد ترد با معیار مور اصلاح شده
فیلم آموزشی - مقایسه معیارهای طراحی استاتیکی ترسکا و ون مایسز از درس طراحی اجزا مهندسی مکانیک
فیلم آموزش طراحی اجزا 1 مهندسی مکانیک - طراحی استاتیکی مواد ترد با معیار تنش عمودی بیشینه
در این مقاله توضیحاتی در رابطه با روند طراحی مکانیکی یک قطعه تحت بارگذاری استاتیکی در مهندسی مکانیک ارائه شد. برای اینکه طراحی یک قطعه موفقیت آمیز باشد باید با توجه به اینکه ماده نرم یا ترد است معیار مناسبی را با توجه به نمودار شکل بالا انتخاب نمود. معمولا برای اینکه طراحی ایمن تر باشد از یک ضریب ایمنی هم استفاده می شود. به هر میزان حساسیت کار بالاتر باشد و واماندگی قطعه منجر به خسارت مالی و جانی بیشتری گردد ضریب ایمنی را بالاتر در نظر می گیرند. به عنوان مثال ممکن است برای طراحی یک صندلی ضریب ایمنی 2 هم کفایت کند ولی برای طراحی طناب آسانسور ضریب اطمینان را حدود 5 یا 6 در نظر می گیرند. طراحی برای در نظر گرفتن ضریب ایمنی از استانداردهای موجود و یا تجربه خودش بهره می گیرد. یک طراحی خوب طراحی ای است که به لحاظ اقتصادی هم به صرفه باشد. معمولا طراح در معرض قیدها و محدودیت هایی هم قرار دارد. به عنوان مثال ممکن است هر جنسی که در کاتالوگ ها و هندبوک ها ارائه شده است در دسترس نباشد و یا قطعه ای که قرار است طراحی شود ممکن است بخواهد در دستگاهی قرار گیرد که به لحاظ ابعادی محدودیت داشته باشد. در هر صورت، با در نظر گرفتن قیدها و محدودیت ها طراح باید سعی کند بهترین طرح ممکن را ارائه نماید.
مطالعه کنید: خلاصه جزوه طراحی اجزاء - مبحث معیارهای استاتیکی
منبع: ایران مدرس (استفاده از مطالب با ذکر منبع و لینک به ایران مدرس مجاز است)
