رفتار پارچه ها در سازه های پارچه ای (بخش سوم)

سقف پارچه اي

استحکام و سختی محل درز در سازه های پارچه ای

سطوح منحنی شکل پوسته بکار رفته در سازه های پارچه ای را نمی توان با هر عرض  دلخواهی تولید نمود زیرا همان طور که در بخش تولید متریال در این باره توضیح دادیم،در تولید عرض های بزرگ محدودیت فنی وجود دارد . به همین دلیل مجبوریم تا پوسته را به یکسری نوار تقسیم کنیم  و سپس آنها  را به یکدیگر متصل نمائیم.درزهای بکار رفته در سازه های سبک با دهانه بزرگ تابعی از نیروهای اعمال شده یا انتقال یافته می باشند.در پوسته های پارچه ای ،اتصالات (درزها)از طریق جوش اورلپ(overlap)ایجاد می شوند که در آن نیروهای موجود در نخهای پارچه از طریق پوشش روی پارچه (coating)به نخهای نوار کناری انتقال پیدا می کنند.

استحکام سطح پوسته

استحکام سطح پوسته تابعی از استحکام وسختی اتصالات آن می باشد و در حقیقت وجود هر درز در سازه چادری باعث ایجاد اختلال در رفتار باربری پوسته خواهد شد.علت این امر از یک سو نوع مواد وساختار خود درز می باشد و از سوی دیگر ،درز یک عنصر باربر خطی  به حساب می آید و باعث ایجاد یک ناپیوستگی هندسی در جریان انتقال نیروها در سطح منحنی پوسته خواهد شد.

درز در سازه های پارچه ای

در هر دو مورد،درز بیانگر یک منطقه مشکل آفرین در سازه های پارچه ای است ،زیرا تمرکز تنش می تواند از تاها (چین ها) شروع شده و به طور چشمگیری طول عمر و دوام درز راکاهش دهد.این در حالی  است که در سازه های پنو ماتیک (بادی)،قابلیت انبساط کمتر درز در مقایسه با مواد مجاور خود باعث اعمال فشار زیادی به درز خواهد شد .اگر نیروی وارده در جهت عمود بر درز و به صورت عرضی باشد.این حالت سبب کاهش مقاومتی تقریباً برابر ۲۰% تا ۲۵% مقاومت پارچه خواهد شد .در این حالت و بر اساس دیتیل  و ارتفاع سازه در اثر اعمال درز می تواند در طول محور خود کج شود.غالباً بارگذاری بحرانی  در پارچه در نزدیکی درزها به وقوع می پیوندد که این امر بیانگر این حقیقت است که در اثر اعمال بار اضافه ،شکست  در پارچه از این نقاط آغاز خواهد شد.

مقاومت واستحکام

استحکام درز یکی از پارامترهای بسیار مهم در ارزیابی رفتار مکانیکی یک درز جوش داده شده به حساب می آید .کیفیت پوشش و اثر متقابل آن بر پارچه ،دو فاکتور مهم در میزان استحکام درز می باشند.اگر نیروهای که به پارچه اعمال می شونددر جهت عمود بر محور عرض باشند(نیروهای عرضی )،روکش پارچه تحت برش قرار خواهد گرفت .مقاوت در برابر این نیروی برشی مستلزم پیوند وچسندگی قوی بین پارچه و پوشش بوده و با توجه به مسائل گفته شده ،مقاومت چسبندگی بین نخ و پوشش نقش تعین کنده ای در مقاومت و استحکام درز خواهد داشت.

چسبندگی

چسبندگی و پیوند مناسب بین پارچه خام و پوشش روی آن در حین فرایند تولید و از طریق اختلاط ترکیبات چسبنده با مواد پوشش صورت می گیرد .هر چه مقاومت چسبندگی بیشتر باشد مقا.مت و استحکام درز هم بیشتر خواهد بود .علاوه بر استحکام بین پوشش و پارچه ،نوع جوش و سرعت جوشکاری نیز نقش بسیار مهمی در تعیین کیفیت جوش خواهد داشت.لازم به ذکر است که توزیع مناسب تنش برشی با عرض (پهنای )درز،رفتار الاستیک پارچه و پوشش بکار رفته بر روی آن رابطه مستقیم خواهد داشت.

مقاومت چسبندگی

میزان مقاومت چسبندگی پوشش بر روی پارچه ،تعیین پارامترهای مناسب برا جوشکاری و تعیین عرض مناسب درز جوش به منظور توزیع بهینه تنش برشی را می توان بوسیله تستهای کوتاه مدت تک محوری و دو محوری مورد آزمایش و بررسی قرار داد.نتایج حاصل از این تستها به شرایط حرارتی و دمای محیط بستگی و پیوند مکانیکی موجود در اثر آن کاهش می یابد. داده ها و اطلاعات بدست آمده از این تستها (که در راستای الزامات مربوط به طراحی سازه ای درز بدست آمده است )در محاسبات سازه ای مورد استفاده قرا می گیرند.

اگر به منظور بهبود نسبت سختی بین پوسته و درز ،از درزهای پهن تر(عریض تر)استفاده شود،به این نکته توجه داشت که درز باید قابلیت تطبیق با هر نوع تغییر شکل بوجود آمده را در اجزاء را داشته باشد و توجه به این امر مخصوصاً در حین ایجاد انحناء معکوس  (reverse  curvature)الزامی است .به منظور ممانعت از ایجاد تنشهای ناخواسته و غیر معمول ،در صورت امکان باید جهت قرار گیری نوارها در روی سطح  به صورت موازی با هم در نظر گرفته شود.اما اگر نتوان نوارها را بصورت موازی با هم قرار داد ،نیروهای متفاوتی در تمام طول درز،در محلی که نخها تار به نخهای پود برخورد می کنند وارد خواهد آمد که این موضوع باید در محاسبات مربوط به الگویابی مد نظر قرار گیرد.

جوش

در حین فرایند جوش ،درز در جهت محور خود منقبض می شود.این انقباض که در اثر جوشکاری بوجود می آید باید در حین بریدن الگوها از روی پارچه مد نظر قرار گیرد.درز در حین عملیات جوشکاری پیش کشیده می شود و قبل از این کار لازم است تا در ابتدا در طول درز علامت گذاری انجام شود و سپس نوارهای پارچه ای به میزان مختلفی پیش کشیده شده و در یک راستا بر روی خط علامت گذاری شده بر روی نوارها قرار داده می شوند وسرانجام بعد از ثابت نمودن نقاط مورد نظر ،درز جوش داده می شود.با توجه به این مطلب می توان نتیجه گرفت که میزان استحکام درز به شرایط تولید آن نیز بستگی خواهد داشت.

تستهای دو محوری بر روی درزهایی با اتصالات بندی نیز انجام می پذیرد.در این حالت با افزایش میزان بارگذاری محل وقوع پارگی و نحوه و شکل هندسی پارگی را تعیین می کنند.انجام این نوع تستها برای بررسی و بهبود اثرات و رفتار درزهای جوشی و بند دار الزامی می باشد.

خصوصیات موثر در انتشارپارگی

اگر نخهای بکار رفته در ساختار پارچه در حین بارگذاری توسط عوامل خارجی آسیب ببینند،خطر گسترش و ازدیاد پارگی وجود خواهد داشت .اگر پارگی اولیه ادامه یابد پارگی در طول پارچه گسترش یافته و بزرگتر می شود که به این پدیده گسترش پارگی یا انتشار پارگی (tear propagation)گویند.بیشترین و معمول ترین دلیل خرابی پارچه های روکش دار همین انتشار پارگی است که به عنوان مهمترین عامل در خرابی پارچه به حساب می آید.تمرکز تنش گسیختگی در اثر انتشار پارگی در حین کار و اعمال نیروهای گسیختگی را می توان بوسیله تستهای دو محوری مربوط به انتشار پارگی مورد ارزیابی قرار داد.البته مقادیر نسبی را می توان از تستهای تک محوری بدست آورد ولی مقادیر بدست آمده از تستهای تک محوری ،شاخص اصلی مناسبی برای طراحی ساز ه های چادری به شمار نمی آیند.

مقاومت برشی

مقاومت برشی پارچه تنش تعیین کننده ای  در مقاومت در برابر نیروهایی ایفا خواهد کرد که از طریق اجزای کناری بکار رفته در لبه پوسته ،بر سطح پارچه مورد استفاده در سازه چادری اثر خواهند گذاشت(نیروهایی که در جهت اصلی پارچه اعمال نشده اند).

قفل شدن یا jamming

  1. نخهای تار و پود بکار رفته در پارچه سازه های چادری اعم از آلاچیق چادری، سایبان چادری، سازه جمع شونده و … باید اجازه تغییر شکل برشی را داشته باشند.این تغییر شکل ها منطبق با توزیع برش بین نخهای تار و پود بوده و باید تنها اجازه ایجاد تنشهای جزئی در مواد را داشته باشند.همانطور که می دانید بین نخها تار وپود فضای خال وجود دارد واین نخها در اثر اعمال نیرو می توانند نسبت به هم جابه جا شوند.تا زمانی که نخهای تار وپود مانع از حرکت و لغزش یکدیگر نشوند،جابه جایی آنها در اثر نیروی برشی وارده ادامه خواهد یافت،بدون اینکه باعث بوجود آمدن تنشهای خیلی زیاد شوند. جابجایی وتغییر مکان ادامه داشته باشد،سرانجام نخهای تار و پود به یکدیگر قفل می شوند ودر این شرایط مقاومت در برابر جا بجایی وتغییر شکل های بعدی به سرعت افزایش می یابد ; که به این شرایط قفل شدن یا jamming گویند.

این امر همچنین تاثیر زیادی بر روی بریدن پارچه دارد زیرا هر چقدر که مقاومت در برابر جابجایی افزایش می یابد زاویه محدود کننده  باعث محدود شدن عرض نوار با توجه به انحنای مربوطه در پوسته خواهد شد.

زاویه کج شدگی یا انحراف

میزان زاویه چرخش (y)اصولاً به نوع بافت و روکش بکار رفته بر روی پارچه بستگی دارد .برای ارزیابی تاثیر جابجایی بین نخهای تار وپود ،رابطه بین نیرو و تغییر شکل برشی از طریق تستها تعیین شده و در محاسبات مد نظر قرار می گیرد.مواد پارچه ای متفاوت ،زاویه کج شدگی یا انحراف متفاوتی دارند . به طور مثال  پارچه  های شیشه  با روکش ptfe ، مدول برشی بیشتری نسبت به پارچه های پلی استر با روکش pvc  داشته و همین امر باعث کمتر بودن زاویه کج شدگی آنها نسبت به پلی استر شده است.

تست های برشی تک محوری و دو محوری

کرنش برشی ناشی از این انحراف را نیز می تون به وسیله تستهای برشی تک محوری و دو محوری تعیین نمود.در چیدمان مربوط به تست دو محوری ،جهت آنیزوتروپی پارچه تحت زاویه ۴۵ درجه نسبت به جهت تنش اصلی بارگذاری می شود.لازم به ذکر است که  تنش برشی و مدولهای برشی را می توان از طریق کرنش های اندازه گیری شده محاسبه نمود.بدین منظور در ماشین تست تک محوری یک نوار پارچه ای را تحت کشش قرار داده و بوسیله ۳ گیره نگه می دارند،سپس گیره مرکزی به صورت افقی کشیده می شود.

بعد از تست های مختلف بر روی پارچه، از آن ها در مصارف مختلفی از سازه های پارچه ای از جمله: چتر های پارچه ای ، نما ساختمان، پارکینگ چادری ، آلاچیق پارچه ای ،سقف پارچه ای ، سقف های جمع شونده، سقف متحرک ، سایه بان چادری، سایبان باز و بسته شونده و … استفاده میکنند.