عدم الاستقرار الالتوائي

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
لقطات ثابتة من فيديو لجسر تاكوما ناروز وهو يتأرجح ثم ينهار في 7 نوفمبر 1940، صوّره بارني إليوت. يُعزى السبب إلى ظروف الرياح التي تسببت في عدم استقرار الجسر الالتوائي.

عدم الاستقرار الالتوائي ظاهرة ميكانيكية يحدث فيها تشوه مفاجئ أو انهيار لعنصر إنشائي يتعرض لقوى التواء ( الالتواء ) يتجاوز عتبة عزم دوران حرجة . يتميز هذا النوع من عدم الاستقرار بانتقال سريع من الالتواء المستقر إلى الانبعاج الحلزوني أو الانثناء أو الانهيار، وهو ما يُلاحظ غالبًا في القضبان والعوارض والهياكل المعمارية النحيلة. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

أمثلة

انهار جسر دي عام 1847 بعد إضافة أوزان إضافية إليه على شكل صخور وحصى للحد من اهتزاز السكة، مما أدى إلى نقطة حرجة من عدم الاستقرار الالتوائي. [ 1 ] وانهار جسر تاكوما ناروز عام 1940 بسبب ظروف رياح محددة تفاقمت بفعل التذبذبات الالتوائية، متحولةً من أنماط الالتواء الرأسية إلى أنماط الالتواء المدمرة. [ 4 ] وفي سبعينيات القرن العشرين، أبلغ سكان الطوابق العليا من برج جون هانكوك عن شعورهم بدوار الحركة ، والذي تبين لاحقًا أنه ناجم عن عدم استقرار المبنى الالتوائي. [ 1 ]

ومن المعروف أيضاً أن هذه الظاهرة تحدث لأنابيب الحفر وخطوط الأنابيب، حيث تنحني تحت تأثير الأحمال الدورانية في استخراج النفط والغاز، وكذلك لأجنحة الطائرات، التي تتعرض للرفرفة الالتوائية تحت تأثير القوى الديناميكية الهوائية. [ 5 ]

استراتيجيات التخفيف

إحدى طرق تقليل احتمالية عدم استقرار الالتواء هي زيادة صلابة المقاطع العرضية. ويمكن تحقيق ذلك باختيار أشكال تقاوم الالتواء بطبيعتها، مثل الأنابيب المجوفة أو المقاطع العرضية المتقاطعة، بدلاً من الأشكال المسطحة التي تلتوي بسهولة أكبر. توفر المقاطع العرضية الأكثر صلابة مقاومة أكبر لقوة الالتواء، مما يساعد على استقرار الهيكل. وثمة طريقة أخرى تتمثل في استخدام الدعامات، وهي عناصر إنشائية تُضفي مزيدًا من الثبات والقوة على المبنى أو الهيكل. فعلى سبيل المثال، يكون التواء السقالة أصعب من التواء السلم، لأن السقالة مزودة بدعامات تقاوم الالتواء، مما يجعلها أكثر صلابة واستقرارًا من السلم. وبالمثل، تعمل أنظمة التدعيم في المبنى على توزيع القوى وتوفير مقاومة ضد الالتواء. [ 6 ]

إضافةً إلى تعديل الشكل والدعامات، يستطيع المهندسون استخدام مواد لجعل الهياكل أقوى وأخف وزنًا في آنٍ واحد. تشمل هذه المواد مواد مركبة مثل ألياف الكربون أو مواد هجينة تتميز بمقاومة أفضل لقوى الالتواء مقارنةً بالفولاذ أو الخرسانة التقليدية. على سبيل المثال، يمكن للجسور أو المباني المصنوعة من هذه المواد تحمل أحمال ثقيلة ومقاومة الالتواء دون أن تصبح ضخمة أو ثقيلة الوزن. [ 6 ]

يعتمد المهندسون أيضًا على النماذج الرياضية والمحاكاة الحاسوبية للتنبؤ بكيفية استجابة المنشأة لقوى الالتواء في ظل ظروف مختلفة، مثل الرياح العاتية والزلازل وحركة المرور الكثيفة. تُمكّن هذه الأدوات الرقمية المهندسين من تحليل تصاميمهم وتحسينها قبل بدء الإنشاء، مما يضمن قدرة المنشأة على تحمل هذه القوى مع الحفاظ على سلامتها وكفاءتها وفعاليتها من حيث التكلفة. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 باركر، مات (2019). باي المتواضع: كوميديا ​​أخطاء الرياضيات . دار بنجوين للنشر المحدودة. الصفحات 39-44 . ISBN  978-0-14-198913-6.
  2. ↑ تشو، وي؛ جيا، تشنغ (أغسطس 2022). "تفعيل السحب من خلال تسخير عدم استقرار الالتواء في القضبان اللينة فائقة المرونة". رسائل الميكانيكا المتطرفة . 55 101807. Bibcode : 2022ExML...5501807Z . doi : 10.1016/j.eml.2022.101807 .
  3. ↑ بوغسلي، أ.ج. (1932). "عدم الاستقرار الالتوائي في الدعامات". هندسة الطائرات وتكنولوجيا الفضاء . 4 (9): 229-230 . doi : 10.1108/eb029591 .
  4. ↑ أريولي، جياني؛ غازولا، فيليبو (2017). "عدم الاستقرار الالتوائي في الجسور المعلقة: حالة جسر تاكوما ناروز". الاتصالات في العلوم غير الخطية والمحاكاة العددية . 42 : 342-357 . arXiv : 1508.03200 . Bibcode : 2017CNSNS..42..342A . doi : 10.1016/j.cnsns.2016.05.028 .
  5. ↑ أنتونيللي، ريتشارد ج.؛ ماير، كيث ج.؛ أوبنهايم، إيرفينغ ج. (يناير 1981). "عدم الاستقرار الالتوائي في المنشآت". هندسة الزلازل وديناميكيات المنشآت . 9 (3): 221-237 . Bibcode : 1981EESD....9..221A . doi : 10.1002/eqe.4290090304 .
  6. 1 2 3 "الصلابة الالتوائية: المبادئ والحسابات والتطبيقات" . FirstMold . 2024-09-09 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-05-02 .

للمزيد من القراءة

  • فام، ثانغ؛ أوه، سيهون؛ ستيتز، باتريك؛ أونيشي، سيتا؛ كيسيلوفسكي، كريستيان؛ كوهين، مارفن ل.؛ زيتل، أليكس (20 يوليو 2018). "عدم الاستقرار الالتوائي في حالة السلسلة المفردة لمركب ثلاثي الكالكوجينيد من المعادن الانتقالية". مجلة ساينس . 361 (6399): 263-266 . arXiv : 1803.02866 . Bibcode : 2018Sci...361..263P . doi : 10.1126/science.aat4749 . PMID: 30026223 . 
  • سيارليتا، ب.؛ ديستراد، م. (أكتوبر 2014). "عدم استقرار الالتواء للأسطوانات الصلبة اللينة". مجلة IMA للرياضيات التطبيقية . 79 (5): 804-819 . arXiv : 2009.09790 . doi : 10.1093/imamat/hxt052 .
  • جنت، أ.ن.؛ هوا، ك.-س. (أبريل 2004). "عدم استقرار الالتواء في الأسطوانات المطاطية المشدودة". المجلة الدولية للميكانيكا غير الخطية . 39 (3): 483-489 . رمز Bibcode : 2004IJNLM..39..483G . doi : 10.1016/S0020-7462(02)00217-2 .
  • فيركوسا، دي جي؛ باروس، إي بي؛ سوزا فيلهو، إيه جي؛ مينديز فيلهو، جيه؛ سامسونيدزه، جي جي؛ سايتو، آر؛ دريسلهاوس، إم إس (21 أبريل 2010). "عدم استقرار الالتواء في الأنابيب النانوية الكربونية الكيرالية". مجلة Physical Review B. 81 ( 16) 165430. Bibcode : 2010PhRvB..81p5430V . doi : 10.1103/PhysRevB.81.165430 . hdl : 1721.1/58774 .
  • بيركيو، إلفيس؛ غازولا، فيليبو (يوليو 2015). "تفسير نوعي لأصل عدم الاستقرار الالتوائي في الجسور المعلقة". التحليل غير الخطي: النظرية والأساليب والتطبيقات . 121 : 54-72 . arXiv : 1404.7351 . doi : 10.1016/j.na.2014.10.026 .
  • بونور، دينيس؛ غازولا، فيليبو؛ دوس سانتوس، إيدرسون موريرا (يناير 2019). "الحلول الدورية وعدم الاستقرار الالتوائي في معادلة غير خطية غير محلية للصفائح". مجلة SIAM للتحليل الرياضي . 51 (4): 3052-3091 . arXiv : 1809.09783 . doi : 10.1137/18M1221242 .
  • واردلو، آر إل (1994). "الرفرفة وعدم الاستقرار الالتوائي". اهتزازات الهياكل بفعل الرياح . ص 293-319 . doi : 10.1007/978-3-7091-2708-7_6 . ISBN  978-3-211-82516-7.