دینامیک سازه در حوزه‌های مختلفی مانند عمران، دریا، هوافضا و دیگر حوزه‌های مرتبط با سازه‌های مهندسی کاربرد دارد. در ادامه به معرفی برخی از این کاربردها می‌پردازیم.
کاربرد دینامیک سازه در مهندسی عمران چیست؟
هنگامی که یک ساختمان در معرض زلزله، باد، لرزش و دیگر بارهای دینامیک قرار می‌گیرد، مقدار، جهت‌گیری و محل اعمال بارها در مدت بارگذاری به میزان زیادی تغییر می‌کند. عکس‌العمل ساختمان در این شرایط با شرایط بارگذاری استاتیک متفاوت است.
تاثیر اعمال بارهای استاتیک بر روی یک ساختمان، عمدتا به صورت ایجاد نیروهای داخلی و تغییر شکل آن است. در صورتی که تاثیر بارهای دینامیک، حرکت شتاب‌دار ناشی از لرزش و کاهش حرکت به دلیل اثر میرایی است. بارهای دینامیکی علاوه بر تغییر شکل ساختمان، با ایجاد نیروی اینرسی ناشی از حرکت شتاب‌دار، ساختمان را وادار به نشان دادن عکس‌العمل در برابر نیروی داخلی، تغییر شکل، حرکت، جابجایی، شتاب و غیره می‌کنند.
ساختمان، یک سازه مهندسی است که از اتصال چندین عضو به یکدیگر تشکیل می‌شود. با توجه به مصالح مورد استفاده، این سازه به انواع بتنی، فولادی، چوبی و کامپوزیتی تقسیم می‌شود. کاربری، ظاهر، طراحی، الزامات اجرایی، مصالح و سطح مقطع سازه‌های ساختمانی بسیار متنوع است. هنگامی که یک ساختمان نامنظم در معرض تنش قرار می‌گیرد، فعل و انفعالاتی بین برخی از عضوهای نامنظم آن به وجود می‌آید. این فعل و انفعالات باعث پیچش سازه می‌شوند. در محل اتصال عضوهای نامنظم، تمرکز تنش و تغییرشکل رخ می‌دهد.
تمرکز تنش می‌تواند شکست سازه را در پی داشته باشد. به طور کلی، تحلیل یکنواخت بودن مقاومت جانبی ساختمان (عدم وجود نواحی تمرکز تنش) در شرایط بارگذاری زلزله، بارگذاری زلزله به همراه بارگذاری باد، بارگذاری مرده به همراه بارگذاری زنده و بارگذاری تصادفی ضروری است. علاوه بر این، انجام آزمایش‌های برجا نیز به درک بهتر ظرفیت باربری ساختمان کمک می‌کنند.
کاربرد دینامیک سازه در مهندسی دریا چیست؟
افزایش تقاضا برای استخراج نفت، گاز و مواد معدنی در سالهای اخیر باعث رشد سریع حوزه مهندسی دریا شده است. مباحث مختلف زیادی در زمینه رابطه بین مهندسی دریا و دینامیک سازه وجود دارد.
دینامیک سازه‌های دریایی، برهم‌کنش بین موج و فونداسیون بستر دریا با سازه را مورد مطالعه قرار می‌دهد. در واقع، دینامیک سازه‌های دریایی، یک حوزه بین رشته‌ای است که دینامیک سازه، دینامیک خاک، زمین‌شناسی، اقیانوس‌نگاری، احتمالات ریاضی، روش‌های کامپیوتری، رویکردهای تجربی و دیگر حوزه‌ها را با هم ترکیب می‌کند.
بارهای دینامیکی سازه‌های دریایی به دو گروه بارهای طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. بر اساس منشا بار، بارهای طبیعی را می‌توان به بارهای سیال، باد، زلزله و یخ‌های شناور تقسیم کرد. در طرف مقابل، بارهای دینامیکی مصنوعی (با منشا انسانی) به دلیل فعالیت‌هایی نظیر حفاری، حرکت کشتی یا دستگاه‌ها، استفاده از جرثقیل، انفجار و غیره به وجود می‌آیند. بارهای دینامیکی مصنوعی معمولا به عنوان بارهای سیال در نظر گرفته می‌شوند.
بارهای سیال توسط موج، جریان، گرداب، فرارفت، موج شکنا و غیره به وجود می‌آیند. منشا تشکیل موج، وزش باد بر روی سطح آب است. شکل سطح موج به منحنی سینوسی ایدئال در اعماق آب نزدیک و دامنه آن کوچک است. به طور کلی، دوره تناوب و ارتفاع به عنوان مشخصات اصلی موج در نظر گرفته می‌شوند.
بارهای زلزله و یخ شناور، از موارد بخصوص در دینامیک سازه‌های دریایی هستند. در حالت عادی از وجود این بارها صرف نظر می‌شود. با این وجود، قرارگیری سازه در نواحی مستعدد زلزله یا محدوده یخ شناور، اهمیت تحلیل این بارها را بالا می‌برد. علاوه بر این موارد، خستگی نیز یکی از مهمترین مسائل موجود در تحلیل سازه‌های دریایی است؛ چراکه احتمال اعمال بارهای چرخه‌ای بر روی این سازه‌ها بیشتر از سازه‌های روی زمین است. در بارگذاری‌های چرخه‌ای بلند مدت، رخ دادن ترک و گسترش آن حتی در شرایط بارگذاری کم نیز می‌تواند آسیب‌های جدی را به همراه داشته باشد.
در سازه‌های دریایی، مسائل دینامیکی مربوط به ساخت و نصب سازه وجود دارد. این مسائل با شرایط عادی متفاوت بوده و نیازمند رعایت الزامات ویژه هستند. عکس‌العمل دینامیکی سازه در شرایط پایداری شناوری، یدک‌کشی و غوطه‌وری در حین حمل و نقل، تحلیل شمع‌کوبی، بررسی تنش‌های محلی هنگام نصب کیسون بر روی فونداسیون غیریکنواخت و غیره از مسائل ویژه دینامیک سازه‌های دریایی محسوب می‌شوند. علاوه بر این، موارد دیگری نظیر پایداری فونداسیون، روانی خاک، عملکرد دینامیکی مواد، تمرکز تنش دینامیک، پلاستیسیته دینامیک، ترک‌خوردگی، اختلاف دما، سونامی، رانش زمین، تحلیل عدم قطعیت و استانداردهای تلورانس ارتعاش نیز از مسائلی هستند که در دینامیک سازه‌های دریایی مورد بررسی قرار می‌گیرند.
کاربرد دینامیک سازه در مهندسی هوافضا چیست؟
هواپیما، سازه‌ای است که بدنه آن اغلب در معرض بارهای دینامیکی مختلف قرار می‌گیرد. به همین دلیل، تحلیل لرزش‌ها و ضربه‌های وارده بر هواپیما برای بهبود عملکرد آن از اهمیت بالایی برخوردار است. میزان آسیب وارده بر این سازه هوایی به وضعیت حرکت، محیط فعالیت و خصوصیات دینامیکی آن بستگی دارد. از این‌رو، مقاومت دینامیکی به عنوان یک مسئله مهم در فرآیند طراحی و ساخت هواپیما تبدیل شده است.
با پیشرفت روش‌های تحلیل مقاومت سازه‌ای و آزمایش‌های هواپیما در سالهای اخیر، کاربرد دینامیک سازه در حوزه طراحی هواپیما جهش قابل‌توجهی پیدا کرد. از مهمترین پیشرفت‌ها و دستاوردها در این زمینه می‌توان تحلیل دینامیک سازه پیچیده هواپیما، شبیه‌ساز آزمایش دینامیکی، تکنولوژی طراحی آزمایش‌های لرزه‌ای برای هواپیماهای بزرگ، تحلیل شرایط محیطی تجهیزات هوایی، تحقیق بر روی دینامیک سازه هوایی کامپوزیت، پیش‌بینی صدای هواپیما و تحلیل زمانی خستگی آکوستیک را نام برد.
با تمام پیشرفت‌های حاضر، دینامیک سازه‌های هوایی یکی از حوزه‌های در حال توسعه مهندسی هوافضا محسوب می‌شود و مسائل حل نشده زیادی در این حوزه وجود دارد. به عنوان مثال، به دلیل پیچیدگی منبع ارتعاش، بارهای دینامیکی به طور دقیق قابل تعریف نیستند؛ به دلیل دشوار بودن شرایط مرزی، تحلیل عکس‌العمل دینامیک سازه‌های بزرگ و پیچیده به اندازه کافی دقیق نیست؛ و تعیین ویژگی میرایی سازه‌های پیچیده، دشوار است.