دراسة تحليلية لتأثير التغيرات الجيومترية والثقوب الدفاعية على تركيز الإجهادات في الصفائح الفولاذية

الملخص

الهدف من هذه الدراسة هو تحسين توزيع الإجهادات الميكانيكية وتخفيف ظاهرة تركيزها حول الثقوب في الصفائح الفولاذية، هذه الظاهرة تعد سببا رئيسياً للانهيار الهيكلي الموضعي. يرتكز البحث على إجراء تحليل مقارن بين تأثير الثقوب الدائرية والفتحات الطولية (slot) على معامل تركيز الإجهاد (K_t)، مع تقييم فعالية استخدام الثقوب الدفاعية (Defense Holes) في تقليل تركيز الإجهاد.

اعتمدت الدراسة على منهجية المحاكاة العددية باستخدام برنامج Autodesk Inventor، حيث تم تصميم صفيحة فولاذية بأبعاد mm (5×100×200). تم العمل على مرحلتين؛ ركزت المرحلة الأولى على دراسة تأثير تغيير قطر الثقب mm (20،25،30) على قيم الإجهادات ومعامل الأمان والإزاحة. أما المرحلة الثانية تناولت تغيير شكل الثقب الدائري ليصبح فتحة طولية (slot) مع تغيير أبعاد الفتحة ومن ثم إضافة ثقبين دفاعيين لتحليل مدى كفاءة هذه الثقوب في إعادة توزيع مسارات الإجهاد. أظهرت النتائج أن استخدام الفتحات الطولية يقلل من تركيز هذه الإجهادات، كما أن إضافة الثقبين الدفاعيين على جانبي الفتحة الطولية ساهم بتحسين معامل الأمان بنسبة %4.18 هذه الزيادة ناتجة عن تقليل معامل تركيز الإجهاد حول المنطقة الحرجة مما يعزز من قدرة التصميم على تحمل الأحمال المطبقة دون الحاجة لزيادة سماكة المادة أو تغيير خصائصها الميكانيكية.