دفاعیه رساله دکتری (سازه) ارائه‌ی فرم‌های سازه‌ای کارا با مصالح در محل برای ایجاد پایگاه مریخی خودکفا
دانشجو: آقای امید کریم زاده سورشجانی
استاد راهنما: دکتر علی معصومی
استاد راهنما: دکتر غلامرضا نوری
زمان: دوشنبه ۰۱ اسفند ماه ۱۴۰۱ ساعت: ۱۰:۰۰
مکان: کرج دانشکده فنی و مهندسی سالن شورا
استاد راهنما: دکتر علی معصومی
استاد راهنما: دکتر غلامرضا نوری
زمان: دوشنبه ۰۱ اسفند ماه ۱۴۰۱ ساعت: ۱۰:۰۰
مکان: کرج دانشکده فنی و مهندسی سالن شورا
چکیده
کاوش محیط‌های نا شناخته یکی از ویژگی‌های ذاتی نوع بشر است. با توجه به پیشرفت و به موازات آن نیاز روزافزون به انرژی، مقابله با یک انقراض احتمالی بزرگ و به نوعی جاودانگی، به نظر می‌رسد که زندگی چند سیاره‌ای برای انسان اجتناب ناپذیر خواهد بود. این اتفاق دیر یا زود به وقوع می پیوندد و اولین هدف سیاره‌ی سرخ خواهد بود. در این راستا، علیرغم پیشرفت در همه‌ی وجوه، بسیاری از راه کارها یا کارآمد نیستند و یا بسیار پر هزینه‌اند. هرچه هزینه‌ها در این رشته بیشتر کاهش یابد، زندگی چند سیاره‌ای زودتر به وقوع می‌پیوندد. یکی از چالش برانگیز‌ترین و هزینه‌بر‌ترین موارد فراهم آوری یک سیستم سازه‌ای مناسب، کارآمد، پایدار، خودکفا، نیازمند به انرژی کم برای ساخت و ارزان برای مسکونی سازی مریخ است که باید به دست مهندسین سازه فراهم شود. با توجه به شرایط خشن و متفاوت این سیاره نسبت به زمین می‌توان گفت تقریبا با رویکردهای طراحی سازه‌ای متفاوتی در این سیاره روبه رو هستیم. در واقع در طراحی این سازه ها باید بار باد و زلزله، برخورد ریز جرم ها، احتمال برخورد شهاب سنگ، برخورد ریز جرم‌ها، فشار داخلی، بار حاصل از گرانش، بار ناشی از تجمع ریزگردها و تنش حرارتی به طور دقیق محاسبه و در نظر گرفته شود که بسیار چالش برانگیز است. به دلیل فشار بسیار پایین مریخ، اختلاف فشار بین داخل و خارج سازه مریخی و مقاومت کششی بسیار پایین سیمان‌های مریخی، عموما سازه‌های باد شونده و یا مدفون در خاک توسط محققین پیشنهاد شده است. که در مورد اول باید از زمین وارد شوند و در مورد دوم نیاز به حفاری‌های گسترده است که هزینه ی بسیار زیادی را به پروژه تحمیل می‌کند و در برخی موارد غیر ممکن است. در دوران‌های اولیه‌ی مسکونی سازی امکان طراحی سیستم‌های سازه ای پیچیده و استخراج مواد مقاوم در برابر تنش کششی وجود ندارد. سازه‌ها باید ساده و در عین حال نیازمند به انرژی کمی برای ساخت باشند. در این مطالعه، ابتدا، برای طراحی سازه ها تمامی بارهای سازه‌ای و حالت‌های احتمالی به طور دقیق با استفاده از داده های مریخ نوردهای اینسایت، وایکینگ ۱ و ۲ ، کنجکاوی، فونیکس و مدارگردهای مریخ محاسبه و بررسی شده است و یک ترکیب بار بر‌اساس بدترین حالت و مخصوص مریخ ارائه شده است. این ترکیب بار باید به شکلی در طراحی سازه به کار رود که در حین ساخت و بهره برداری (به شکل جداگانه) بدترین حالت بارگذاری را ایجاد کند. سپس سیمان‌های قابل تولید بر روی مریخ (سیمان‌های مریخی) بر اساس معیارهایی که متناسب با شرایط مریخ و ساخت بر روی مریخ تعریف شده‌اند با هم مقایسه شده‌اند و یک گزینه به عنوان برترین سیمان انتخاب شده است (بتن سولفوری). سپس در روند طراحی و تحلیل سازه‌های پیشنهادی از رفتار مکانیکی بتن سولفوری استفاده شد. در قدم بعدی، با معرفی و تحلیل فرم های سازه‌ای نوآورانه و با استفاده از قوس‌های متقارن بهینه دوران یافته و سیمان در محل، به حل مشکل ساخت سازه‌های مریخی از مواد در محل پرداخته شده است. این سیستم‌های سازه‌ای به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تنش کششی را تحت بارهای سازه‌ای مریخی به حداقل و تنش فشاری را به حداکثر برسانند و استفاده از سیمان مریخی را در ساخت سازه‌ها امکان پذیر کنند. رفتار این سازه‌ها تحت بارهای سازه‌ای تحلیل و با سازه‌های پیشنهادی مطالعات گذشته مقایسه شود‌ه‌اند. در این راستا از بهینه یابی نسبی و شکلی با استفاده از الگوریتم مناسب نیز استفاده شده است. برای بررسی امکان ساخت سیستم‌های سازه‌ای پیشنهادی با استفاده از پرینتر سه بعدی و بدون کمک انسان، یک مدل ۱:۲۰۰ از بهترین فرم سازه‌ای پیشنهادی پرینت و بررسی شده است. در نهایت یک پایگاه مریخی خودکفا با استفاده از بهترین فرم سازه‌ای پیشنهادی طراحی و یک طرح نوآورانه برای ایجاد خودکفایی طراحی ارائه شده است. لازم به ذکر است که در این مرحله مواردی نظیر طراحی فنداسیون ساده با توجه به ویژگی‌های خاک سطحی محل نشست اینسایت، نفوذ پذیری، میزان شار دمایی، قفل هوا برای پایگاه محاسبه شده‌اند. این مطالعه کمک می کند که نیاز به واردات المان های سازه‌ای از زمین بسیار کاهش یابد. همچنین این فرم های نوآورانه به دلیل سادگی، مناسب برای ساخت به روش پرینت سه بعدی مانند کانتور کرفتینگ هستند.
واژه های کلیدی: سازه ی مریخی ، مسکونی سازی ارزان مریخ، فرم های سازه ای نوآورانه، قوس های دوران یافته، سیمان مریخی، پایگاه مریخی خودکفا، بارهای سازه ای مریخ، سیمان مریخی، طراحی سازه مریخی
کاوش محیط‌های نا شناخته یکی از ویژگی‌های ذاتی نوع بشر است. با توجه به پیشرفت و به موازات آن نیاز روزافزون به انرژی، مقابله با یک انقراض احتمالی بزرگ و به نوعی جاودانگی، به نظر می‌رسد که زندگی چند سیاره‌ای برای انسان اجتناب ناپذیر خواهد بود. این اتفاق دیر یا زود به وقوع می پیوندد و اولین هدف سیاره‌ی سرخ خواهد بود. در این راستا، علیرغم پیشرفت در همه‌ی وجوه، بسیاری از راه کارها یا کارآمد نیستند و یا بسیار پر هزینه‌اند. هرچه هزینه‌ها در این رشته بیشتر کاهش یابد، زندگی چند سیاره‌ای زودتر به وقوع می‌پیوندد. یکی از چالش برانگیز‌ترین و هزینه‌بر‌ترین موارد فراهم آوری یک سیستم سازه‌ای مناسب، کارآمد، پایدار، خودکفا، نیازمند به انرژی کم برای ساخت و ارزان برای مسکونی سازی مریخ است که باید به دست مهندسین سازه فراهم شود. با توجه به شرایط خشن و متفاوت این سیاره نسبت به زمین می‌توان گفت تقریبا با رویکردهای طراحی سازه‌ای متفاوتی در این سیاره روبه رو هستیم. در واقع در طراحی این سازه ها باید بار باد و زلزله، برخورد ریز جرم ها، احتمال برخورد شهاب سنگ، برخورد ریز جرم‌ها، فشار داخلی، بار حاصل از گرانش، بار ناشی از تجمع ریزگردها و تنش حرارتی به طور دقیق محاسبه و در نظر گرفته شود که بسیار چالش برانگیز است. به دلیل فشار بسیار پایین مریخ، اختلاف فشار بین داخل و خارج سازه مریخی و مقاومت کششی بسیار پایین سیمان‌های مریخی، عموما سازه‌های باد شونده و یا مدفون در خاک توسط محققین پیشنهاد شده است. که در مورد اول باید از زمین وارد شوند و در مورد دوم نیاز به حفاری‌های گسترده است که هزینه ی بسیار زیادی را به پروژه تحمیل می‌کند و در برخی موارد غیر ممکن است. در دوران‌های اولیه‌ی مسکونی سازی امکان طراحی سیستم‌های سازه ای پیچیده و استخراج مواد مقاوم در برابر تنش کششی وجود ندارد. سازه‌ها باید ساده و در عین حال نیازمند به انرژی کمی برای ساخت باشند. در این مطالعه، ابتدا، برای طراحی سازه ها تمامی بارهای سازه‌ای و حالت‌های احتمالی به طور دقیق با استفاده از داده های مریخ نوردهای اینسایت، وایکینگ ۱ و ۲ ، کنجکاوی، فونیکس و مدارگردهای مریخ محاسبه و بررسی شده است و یک ترکیب بار بر‌اساس بدترین حالت و مخصوص مریخ ارائه شده است. این ترکیب بار باید به شکلی در طراحی سازه به کار رود که در حین ساخت و بهره برداری (به شکل جداگانه) بدترین حالت بارگذاری را ایجاد کند. سپس سیمان‌های قابل تولید بر روی مریخ (سیمان‌های مریخی) بر اساس معیارهایی که متناسب با شرایط مریخ و ساخت بر روی مریخ تعریف شده‌اند با هم مقایسه شده‌اند و یک گزینه به عنوان برترین سیمان انتخاب شده است (بتن سولفوری). سپس در روند طراحی و تحلیل سازه‌های پیشنهادی از رفتار مکانیکی بتن سولفوری استفاده شد. در قدم بعدی، با معرفی و تحلیل فرم های سازه‌ای نوآورانه و با استفاده از قوس‌های متقارن بهینه دوران یافته و سیمان در محل، به حل مشکل ساخت سازه‌های مریخی از مواد در محل پرداخته شده است. این سیستم‌های سازه‌ای به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تنش کششی را تحت بارهای سازه‌ای مریخی به حداقل و تنش فشاری را به حداکثر برسانند و استفاده از سیمان مریخی را در ساخت سازه‌ها امکان پذیر کنند. رفتار این سازه‌ها تحت بارهای سازه‌ای تحلیل و با سازه‌های پیشنهادی مطالعات گذشته مقایسه شود‌ه‌اند. در این راستا از بهینه یابی نسبی و شکلی با استفاده از الگوریتم مناسب نیز استفاده شده است. برای بررسی امکان ساخت سیستم‌های سازه‌ای پیشنهادی با استفاده از پرینتر سه بعدی و بدون کمک انسان، یک مدل ۱:۲۰۰ از بهترین فرم سازه‌ای پیشنهادی پرینت و بررسی شده است. در نهایت یک پایگاه مریخی خودکفا با استفاده از بهترین فرم سازه‌ای پیشنهادی طراحی و یک طرح نوآورانه برای ایجاد خودکفایی طراحی ارائه شده است. لازم به ذکر است که در این مرحله مواردی نظیر طراحی فنداسیون ساده با توجه به ویژگی‌های خاک سطحی محل نشست اینسایت، نفوذ پذیری، میزان شار دمایی، قفل هوا برای پایگاه محاسبه شده‌اند. این مطالعه کمک می کند که نیاز به واردات المان های سازه‌ای از زمین بسیار کاهش یابد. همچنین این فرم های نوآورانه به دلیل سادگی، مناسب برای ساخت به روش پرینت سه بعدی مانند کانتور کرفتینگ هستند.
واژه های کلیدی: سازه ی مریخی ، مسکونی سازی ارزان مریخ، فرم های سازه ای نوآورانه، قوس های دوران یافته، سیمان مریخی، پایگاه مریخی خودکفا، بارهای سازه ای مریخ، سیمان مریخی، طراحی سازه مریخی
مطالب مشابه
دفعات مشاهده: ۶۷۷ بار |
دفعات چاپ: ۱۶۴ بار |
دفعات ارسال به دیگران: ۰ بار |
۰ نظر
