پایان نامه آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت اثر بار زلزله با استفاده از روش المان محدود

پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد رشته‌ی مهندسی عمران

گرایش مکانیک خاک و پی

عنوان :
آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت اثر بار زلزله با استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات:  210  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

چکیده:

آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه (به علت اثر متقابل سازه و خاک نگهدارنده آن بر یکدیگر)، در طراحی سازه تحت بار لرزه­ای نقشی اساسی دارد. سیستم خاک-سازه می­تواند تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی قرار بگیرد. در حالت بارگذاری استاتیکی می­توان محیط نامحدود خاک را محدود کرد، به طوری که مرزها را به اندازه کافی دور از سازه در نظر گرفت. اما در حالت بارگذاری دینامیکی این روش نمی­تواند مورد استفاده قرار بگیرد، چون مرزها به جای اینکه اجازه دهند امواج دریافتی از منبع انتشار امواج به سمت بی­نهایت عبور کنند، آنها را به سمت سازه و خاک منعکس می­کنند (برگشت می­دهند) و این انعکاس بر روی رفتار و واکنش سیستم خاک-سازه تأثیر می­گذارد. بنابراین برای آنالیز این اندرکنش خاک-سازه، خاک به قسمت خاک محدود منظم که می­تواند رفتار غیر خطی خاک را مدل کند و قسمت نامحدود منظم که تا بی­نهایت ادامه دارد، تقسیم می­شود. قسمت محدود خاک می­تواند به وسیله روش المان محدود مدل شود. در یک محیط نامحدود، یک قاعده مهم در دینامیک امواج وجود دارد: امواجی که به سمت بی­نهایت حرکت می­کنند، به سمت حوزه برگشت داده نمی­شوند. شرایط مرزی باید توانایی مدل کردن حرکت موج را در واقعیت داشته باشد.

یک شرط مرزی با درجه بالا برای مدل کردن انتشار موج در حوزه نا­محدود تحت بار لرزه­های توسعه داده شده است. این شرط مرزی برای امواج اسکالر و برداری با هندسه دلخواه و مواد غیر همگن قابل کاربرد است. فرمولاسیون بر حسب حل شکاف ممتد در تجزیه ماتریس سختی دینامیکی برای حوزه نا­محدود به کار می­رود. ماتریس ضرائب روش شکاف ممتد به صورت بازگشتی از معادله روش المان محدود با مرز مقیاس شده بر حسب سختی دینامیکی بدست آمده است که می­تواند به صورت یکپارچه با المان محدود ترکیب شود. روش­های استاندارد در دینامیک سازه­ها به صورت مستقیم برای بدست آوردن پاسخ در حوزه­های زمان و فرکانس قابل کاربرد می­باشد. مثال­های عددی و تحلیلی نرخ بالای همگرایی و بازده این شرط مرزی با درجه بالا را نشان می­دهد. در این پایان نامه برای اولین بار آنالیز اندرکنش دینامیکی خاک و سازه تحت بارهای لرزه­ای با استفاده از حل شکاف ممتد و آنالیز مودال (با استفاده از توابع پایه کاهش یافته) توسعه یافته است.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                 صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1- تعریف مسئله..................................................................................................................................................................................................................... 1

1-2- مفهوم اندرکنش خاک و سازه................................................................................................................................................................................ 4

1-3- روش­های تحلیل اندرکنش خاک و سازه........................................................................................................................................................ 6

1-3-1- روش زیرسازه.............................................................................................................................................................................................................. 6

1-3-2- روش مستقیم............................................................................................................................................................................................................. 9

1-4- خلاصه­ای از روش­های موجود برای مدل کردن حوزه نامحدود................................................................................................... 12

1-4-1- روش­های کلی......................................................................................................................................................................................................... 12

1-4-1-1- روش المان مرزی........................................................................................................................................................................................... 13

1-4-1-2- روش لایه باریک.............................................................................................................................................................................................. 13

1-4-1-3- شرایط مرزی غیر انعکاسی دقیق.......................................................................................................................................................... 13

1-4-1-4- روش المان محدود با مرز مقیاس شده............................................................................................................................................ 14

1-4-2- روش­های محلی..................................................................................................................................................................................................... 14

1-4-2-1- شرایط مرزی انتقالی..................................................................................................................................................................................... 15

1-4-2-2- المان­های نامحدود......................................................................................................................................................................................... 15

1-4-2-3- لایه­های جاذب................................................................................................................................................................................................. 16

1-5- اهداف و خلاصه فصول پایان­نامه........................................................................................................................................................................ 17

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- مقدمه.................................................................................................................................................................................................................................. 19

2-2-2- روش­های کلی (فراگیر).................................................................................................................................................................................... 20

2-2-1- روش المان مرزی.................................................................................................................................................................................................. 20

2-2-2- روش لایه باریک..................................................................................................................................................................................................... 23

2-2-3- شرایط مرزی غیر انعکاسی دقیق................................................................................................................................................................ 25

2-2-4- روش المان محدود با مرز مقیاس شده.................................................................................................................................................. 27

2-3- روش­های محلی (موضعی)..................................................................................................................................................................................... 32

2-3-1- شرایط مرزی انتقالی............................................................................................................................................................................................ 32

2-3-2- المان­های نامحدود................................................................................................................................................................................................ 36

2-3-3- لایه­های جاذب........................................................................................................................................................................................................ 37

2-4- نتایج..................................................................................................................................................................................................................................... 39

فصل سوم: فرمولاسیون روش المان محدود با مرز مقیاس شده

مربوط به دامنه نامحدود در حوزه فرکانس و زمان

3-1- معرفی مختصات محلی (ξ, η ,ζ).......................................................................................................................................40

3-2- معادلات اساسی الاستودینامیک همگن در مختصات دکارتی....................................................................................................... 42

3-3- معادلات المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه فرکانس........................................................................................................ 44

3-3-1- انتقال هندسه محیط از مختصات دکارتی به مختصات جدید................................................................................................. 44

3-3-2- تعیین معادلات حاکمه الاستودینامیک در مختصات جدید..................................................................................................... 45

3-3-3- توابع تغییرمکان گره­ای در جهت شعاعی.............................................................................................................................................. 49

3-4- استفاده از روش باقی­مانده وزنی........................................................................................................................................................................ 51

3-5- ماتریس سختی دینامیکی...................................................................................................................................................................................... 53

3-6- حل معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در سختی دینامیکی برای حوزه نامحدود............................................. 55

3-7- معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در حوزه زمان.................................................................................................................... 58

3-7-1- معادله المان محدود با مرز مقیاس شده در پاسخ ضربه واحد شتاب................................................................................. 58

3-7-2- تقسیم­بندی زمان.................................................................................................................................................................................................. 60

3-7-3- اولین گام زمانی...................................................................................................................................................................................................... 61

3-7-4- بازه زمانی nام......................................................................................................................................................................................................... 62

3-8- ماتریس سختی استاتیکی حوزه نامحدود.................................................................................................................................................... 63

3-9- خلاصه روش سری کاهش­یافته توابع پایه در حوزه زمان................................................................................................................ 64

3-10- خلاصه روش سری کاهش­یافته توابع پایه در حوزه فرکانس...................................................................................................... 65

3-11- نتایج.................................................................................................................................................................................................................................. 66

فصل چهارم: فرمولاسیون روش المان محدود با مرز مقیاس شده

مربوط به دامنه محدود در حوزه فرکانس و زمان مقدمه

4-1- مقدمه.................................................................................................................................................................................................................................. 68

4-2- معادله حرکت دامنه محدود در حوزه فرکانس و زمان...................................................................................................................... 69

4-3- ماتریس سختی استاتیکی حوزه محدود....................................................................................................................................................... 70

4-4- ماتریس جرم................................................................................................................................................................................................................... 72

4-5- ماتریس میرایی.............................................................................................................................................................................................................. 73

4-6- نتایج..................................................................................................................................................................................................................................... 74

فصل پنجم: ترکیب معادلات حاصل از روش (SBFEM) برای

حوزه محدود و نامحدود جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه

5-1- مقدمه.................................................................................................................................................................................................................................. 75

5-2- ترکیب معادلات حاصل از دامنه محدود و نامحدود تحت بارهای خارجی جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه زمان 77

5-2-1- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای خارجی در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM)...... 77

5-2-1-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف­پذیر)......................................................................................... 77

5-2-1-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب)............................................................................................... 80

5-2- 2- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای خارجی در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) و استفاده از سری کاهش­یافته توابع پایه        81

5-2-2-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف­پذیر)......................................................................................... 81

5-2-2-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب)............................................................................................... 83

5-3- ترکیب معادلات حاصل از دامنه محدود و نامحدود تحت بارهای لرزه­ای جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه زمان  84

5-3-1- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای لرزه­ای در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM)........ 84

5-3-1-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف­پذیر)......................................................................................... 84

5-3-1-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب)............................................................................................... 86

5-3- 2- آنالیز دینامیکی اندرکنش خاک و سازه تحت بارهای لرزه­ای در حوزه زمان با استفاده از (SBFEM) و استفاده از سری کاهش­یافته توابع پایه         88

5-3-2-1- با در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی انعطاف­پذیر)......................................................................................... 88

5-3-2-2- بدون در نظر گرفتن اثز اندرکنش خاک و سازه (پی صلب)............................................................................................... 89

5-4- ترکیب معادلات حاصل از دامنه حوزه محدود و نامحدود تحت بارگزاری دینامیکی (بارهای خارجی و لرزه­ای) جهت لحاظ کردن اندرکنش خاک و سازه در حوزه فرکانس............................................................................................................................................................................................................................... 90

5-5- نتایج..................................................................................................................................................................................................................................... 92

فصل ششم: روش شکاف ممتد

6-1- روش­های تجزیه ماتریس سختی دینامیکی حوزه نا­محدود.......................................................................................................... 103

6-1-1- تقریب سختی دینامیکی توسط سری پده......................................................................................................................................... 104

6-1-2- تجزیه سختی دینامیکی با استفاده از روش شکاف ممتد....................................................................................................... 105

6-1-2-1- ساخت شرط مرزی انتقالی با مرتبه بالا....................................................................................................................................... 110

6-1-2-2- ترکیب معادله حرکت حوزه محدود و معادله مربوط به حوزه نامحدود حاصل از روش شکاف ممتد تحت بار خارجی دینامیکی           112

6-1-2-3- ترکیب معادله حرکت حوزه محدود و معادله مربوط به حوزه نامحدود حاصل از روش شکاف ممتد تحت بار لرزه­ای            114

6-1-2-4- استفاده از روش شکاف ممتد و اعمال روش سری کاهش یافته توابع پایه برای آنالیز سیستم تحت بار خارجی دینامیکی     116

6-1-2-5- استفاده از روش شکاف ممتد و اعمال روش سری کاهش یافته توابع پایه برای آنالیز سیستم تحت بار لرزه­ای      118

6-2- نتایج.................................................................................................................................................................................................................................. 120

فصل هفتم: مثال­های عددی

7-1- مقدمه............................................................................................................................................................................................................................... 131

7-2- دیوار برشی به همراه بازشو................................................................................................................................................................................ 133

7-2-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی................................................................................................................. 134

7-2-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی........................................................................................................... 136

7-2-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای.......................................................................................................................................... 139

7-2-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای..................................................................................................................................... 141

7-3- دیوار برشی با ابعاد و مواد با خصوصیات متفاوت................................................................................................................................ 145

7-3-1- سازه در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی................................................................................................................. 145

7-3-2- سازه در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی........................................................................................................... 147

7-3-3- سازه در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای.......................................................................................................................................... 150

7-3-4- سازه در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای..................................................................................................................................... 152

7-4- سد کوینا در چین................................................................................................................................................................................................... 156

7-4-1- سد در حالت پی صلب تحت بار خارجی دینامیکی.................................................................................................................... 156

7-4-2- سد در حالت پی منعطف تحت بار خارجی دینامیکی............................................................................................................... 158

7-4-3- سد در حالت پی صلب تحت بار لرزه­ای.............................................................................................................................................. 162

7-4-4- سد در حالت پی منعطف تحت بار لرزه­ای........................................................................................................................................ 164

7-5- ترکیب تونل و دیوار برشی................................................................................................................................................................................. 168

7-5-1- تونل و قاب سازه­ای تحت بار خارجی دینامیکی........................................................................................................................... 169

7-5-2- تونل و قاب سازه­ای تحت بار لرزه­ای.................................................................................................................................................... 172

فصل هشتم: نتایج و پیشنهادات

7-1- نتایج.................................................................................................................................................................................................................................. 176

منابع................................................................................................................................................................................................................................................ 180

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                               صفحه

شکل 1- 1: تعریف مسئله اندرکنش خاک و سازه 2

شکل 1- 2: انتشار موج در میله نا محدود (یک بعد): (الف) مدل واقعی (ب) انعکاس موج در اثر مهار 3

شکل 1- 2: پاسخ دینامیکی سازه مستقر روی سنگ و خاک: (الف) موقعیت زمین; (ب) بیرون زدگی سنگ; (ج) حوزه آزاد; (د) اندرکنش جنبشی; (ه) اندرکنش لختی. 5

شکل 1- 4: مدل اندرکنش خاک و سازه با روش زیرسازه: (الف) زیرسازه حوزه محدود;(ب) زیرسازه حوزه نا­محدود. 7

شکل 1- 5: اتصال مکانی شرایط مرزی فراگیر. 9

شکل 1- 6: مدل اندرکنش خاک و سازه توسط روش مستقیم: (الف) حوزه محدود به همراه قسمتی از حوزه نا­محدود (ب) ارتباط اندرکنش نیرو-جابجایی حوزه نا­محدود که به عنوان یک شرط مرزی روی مرز مصنوعی تعریف شده 10

شکل 1- 3: اتصال مکانی شرایط مرزی موضعی. 11

شکل 2- 1: مش­بندی در روش المان مرزی.. 21

شکل 2- 2: مرز بندی به صورت قائم در روش المان باریک.. 23

شکل 2- 2: تبدیل محیط نامحدود به محیط محدود به وسیله مرز مصنوعی. 25

شکل 2- 4: مختصات مرز مقیاس شده: (الف) مرکز مقیاس O، مختصات شعاعی و المان­بندی مرز; (ب) هندسه حوزه تبدیل­یافته  28

شکل 2- 5: معرفی حوزه نامحدود در مختصات مرز مقیاس شده 29

شکل 2- 6: لایه­های کاملاً تطبیق یافته. 38

شکل 3- 1: محور ηوζ روی مرز و محور ξ به صورت شعاعی از مرکز مقیاس O می گذرد. 40

شکل 3- 2: مرکز مقیاس محیط محدود: الف) روی مرز; ب) درون محیط.. 41

شکل 3- 3: مرکز مقیاس محیط نامحدود: الف) روی مرز; ب) درون محیط.. 42

شکل 3- 4: سیستم دو بعدی مختصات المان محدود با مرز مقیاس شده: الف) مرکز مقیاس و مش­بندی مرز. ب) هندسه تبدیل یافته  44

شکل 3- 5: هندسه تبدیل یافته به همراه بردار مکان و بردارهای نرمال. 47

شکل 3- 6: تقریب تغییرمکان­ها با استفاده از تغییرمکان گره­ها 50

شکل 4- 1: حوزه محدود شامل گره­ها و نیروی خارجی دینامیکی. 70

شکل 4- 2: نمودار میرایی ریلی. 73

شکل 5- 1: گره­های موجود برروی سازه و مرز مشترک خاک و سازه مربوط به حوزه محدود و نامحدود (با درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 76

شکل 5- 2: گره­های موجود برروی سازه و پی صلب (بدون درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 76

شکل 5- 3: نیروهای دینامیکی خارجی موجود برروی سازه و مرز مشترک خاک و سازه مربوط به حوزه محدود و نامحدود (با درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 78

شکل 5- 4: نیروهای دینامیکی خارجی موجود برروی سازه و پی صلب (بدون درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 80

شکل 5- 5: نیروهای لرزه­ای موجود برروی سازه و مرز مشترک خاک و سازه مربوط به حوزه محدود و نامحدود (با درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 85

شکل 5- 6: نیروی لرزه­ای خارجی موجود برروی سازه و پی صلب (بدون درنظر گرفتن اثر اندرکنش خاک و سازه) 87

شکل 7- 1: نمودار بارگذاری دینامیکی بر حسب زمان و فرکانس: الف) تاریخچه زمان ب) تبدیل سری فوریه. 132

شکل 7- 1: نمودار شتاب افقی زلزله طبس بر حسب زمان: الف) تاریخچه زمان ب) تبدیل سری فوریه. 133

شکل 7- 3: هندسه قاب سازه­ای.. 134

شکل 7- 4: قاب سازه­ای وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 135

شکل 7- 5: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری (در حالت پی صلب) 135

شکل 7- 6: قاب سازه­ای وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 136

شکل 7- 7: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگزاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 137

شکل 7- 8: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگزاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 138

شکل 7- 9: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطفL=10 m) 139

شکل 7- 10: قاب سازه­ای وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 140

شکل 7- 11: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی صلب) 140

شکل 7- 12: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 141

شکل 7- 13: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=10 m) 142

شکل 7- 14: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=10 m) 143

شکل 7- 15: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=10 m) 144

شکل 7- 16: هندسه قاب سازه­ای.. 145

شکل 7- 17: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 146

شکل 7- 18: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری (در حالت پی صلب) 146

شکل 7- 19: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 147

شکل 7- 20: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 147

شکل 7- 21: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 149

شکل 7- 22: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 150

شکل 7- 23: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 151

شکل 7- 24: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی صلب) 151

شکل 7- 25: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 152

شکل 7- 26: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=5 m) 153

شکل 7- 27: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=10 m) 154

شکل 7- 28: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=10 m) 154

شکل 7- 29: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=10 m) 155

شکل 7- 30: هندسه سد. 156

شکل 7- 31: قاب سازه­ای و حوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 157

شکل 7- 32: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری (در حالت پی صلب) 158

شکل 7- 33: سد وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 159

شکل 7- 34: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=70 m) 160

شکل 7- 35: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=70 m) 161

شکل 7- 36: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف L=70 m) 162

شکل 7- 37: سد وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی صلب: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 163

شکل 7- 38: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی صلب) 163

شکل 7- 39: سد وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP. 164

شکل 7- 40: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف L=0) 165

شکل 7- 41: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف (L=70 m               166

شکل 7- 42: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله (در حالت پی منعطف (L=70 m.............. 166

شکل 7- 43: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بارلرزه­ای و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری (در حالت پی منعطف (L=70 m.............. 167

شکل 7- 44: هندسه قاب سازه­ای و تونل. 168

شکل 7- 45: تونل و قاب سازه­ای وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP  169

شکل 7- 46: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی در طول زمان بارگذاری   170

شکل 7- 47: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری.. 171

شکل 7- 48: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار خارجی دینامیکی و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان بارگذاری.. 172

شکل 7- 49: تونل و قاب سازه­ای وحوزه­بندی محیط مسئله در حالت پی منعطف: (الف) مدل SBFEM; (ب) مدل SAP  173

شکل 7- 50: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای در طول زمان زلزله  174

شکل 7- 51: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله. 174

شکل 7- 52: جابجایی افقی نقطه Aبا استفاده از روش المان محدود با مرز مقیاس شده تحت بار لرزه­ای و اعمال دو روش شکاف ممتد و روش سری کاهش­یافته توابع پایه در طول زمان زلزله. 175

پایان نامه ارشد عمران تاثیر کاربرد روش المان مرزی در ترکیب با روش المان محدود در تحلیل مسائل اندر کنش آب و سازه

با سلام

مطلب حال حاضر ما پایان نامه ارشد عمران تاثیر کاربرد روش المان مرزی در ترکیب با روش المان محدود در تحلیل مسائل اندر کنش آب و سازه می باشد

 مشخصات فایل :

فرمت فایل :

 pdf

قابلیت پرینت : دارد

تعداد صفحات : 138 صفحه

............

چکیده
 اندر کنش آب و سازه تحت اثر بار های دینامیکی موضوعی است که در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. از آنجاییکه روشهای تحلیلی در حل مسائل بسیار ساده استفاده میشود، روشهای عددی درحوزه زمان یا فرکانس باید بکار گرفته شود در این پروژه روش های المان محدود و المان مرزی، بطوریکه بتوانند بصورت ترکیبی مورد استفاده قرار گیرند معرفی میشوند. قسمت جامد توسط المان های محدود هم پارامتر مدل سازی شده است.ماتریس های سختی و جرم هر المان محدود با استفاده از توابع شکل مربوطه و روابط ریاضی مختص به المان های هم پارامتر دو بعدی محاسبه میشود. نهایتا با تشکیل ماتریس سختی و جرم کل سازه، ورودی های مربوط به بخش جامد تکمیل میشود. مدل سازی سیال توسط المان های مرزی انجام میگیرد. با توجه به اینکه مساله دینامیکی حل میشود، روابط ریاضی حاکم بر محیط سیال از نوع مسایل پتانسیل وابسته به زمان با معادله پواسن است. برای حل چنین معادله ای از توابع کمکی یا به عبارت دیگر حل پایه ای وابسته به زمان استفاده میشود. نتیجه حل، تشکیل ماتریس هایی است که برای بدست آوردن ماتریس سختی معادل روش المان مرزی از آنها استفاده می شوددر مرحله بعد، با تشکیل ماتریس سختی ترکیبی المان مرزی و المان محدود و همچنین استفاده از روش گامهای زمانی نیومارک مساله حل میشود. با تغییر در ابعاد المان های محدود و حل مساله در دو حالت بدون وجود سیال و با احتساب سیال، تاثیر سیال در تماس با سازه بررسی گردید. از نمودار های حاصله اینطور نتیجه گیری میشود که با در نظر گرفتن وجود سیال، پاسخهای نا منظم در اثر تغییر در ابعاد المان ها در حالت بدون سیال جای خود را به پاسخهای تقریبا منظم میدهد. ضمنا تاثیر تغییرات در گامهای زمانی روش نیومارک نیز مورد بررسی قرار گرفت.

........

قسمتی از محتویات سرفصل ها :

چکیده    1
مقدمه    2
فصل اول:مقدمه ای بر روش المان مرزی
-1 روشهای عددی در مکانیک محیطهای پیوسته   4
4  FD) -1 روش تفاضل محدود -1
5  (FE) -2 روش اجزاء محدود -1
6  BE) -3 روش المان مرزی -1
-2 نگاهی کلی به تاریخچه پیشرفت روش المان مرزی   9
-3 مقایسه روش المان مرزی و روش المان محدود   12
-1 نقاط قوت روش المان مرزی  12 -3
-2 نقاط ضعف روش المان مرزی  13 -3
-4 المان مرزی یا المان محدود  14
فصل دوم:مروری بر روش المان محدود
-1 فرمولاسیون روش المان محدود در تحلیل های خطی مکانیک جامدات  17
1مقدمه   17 -1
-2 المان محدود به روش تغییر مکان   17 -1
-3 معادلات المان محدود  18 -1
-2 فرمولاسیون و محاسبه ماتریس های المان محدود هم پارامتر  24
-1 محاسبه ماتریس سختی المان میل های توسط المان های هم پارامتر  25 -2
-2 فرمولاسیون المان های پیوسته   27 -2
فصل سوم: روابط ریاضی حاکم بر روش المان مرزی
مسایل دو بعدی پتانسیل   37
-1 فرمول بندی تحلیلی   37
-2 راه حل عددی   41
گام 1: تقسیم مرز به المانهای مرزی  42
گام 2: انتگرال گیری عددی ضرایب  44
گام 3: ارضاء شرایط مرزی  49
گام 4: حل معادلات جبری  50
گام 5: محاسبه متغیرهای داخلی  50
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
مسایل پتانسیل وابسته به زمان  51
حل پایه ای وابسته به زمان   52
ترکیب روش المان محدود و المان مرزی  55
-1 شرایط موجود در مرز مشترک  57
-2 رابطه بین نیرو و نیروی کششی   57
-3 ایجاد ماتریس سختی معادل المان مرزی  59
-4 تبدیل نیروهای المان محدود به کشش  61
فصل چهارم: نمونه ای از مسائل حل شده توسط روش ترکیبی المان محدود و المان مرزی
-1 ترکیب روش المان محدود و روش المان مرزی منقطع در تحلیل مسائل اندر کنش آب و سازه  64
-1 مقدمه    64 -1
-2 روش المان مرزی منقطع در دینامیک سیالات :   65 -1
-3 حل مثال عددی   71 -1
-2 تحلیل اندر کنش آب و سازه توسط ترکیب روش المان مرزی و المان محدود غیر خطی  72
-1 مقدمه:    72 -2
-2 مدل سازی سازه :   73 -2
-3 مدل سازی سیال :   74 -2
-4 ترکیب سازه و سیال :   75 -2
-5 مطالعات عددی :   76 -2
-1 سد بتنی تحت تاثیر زلزله  76 -5 -2
-2 سازه حلقه ای شکل تحت تاثیر فشار داخلی   79 -5 -2
-3 مخزن پر از آب :   82 -5 -2
-6 نتیجه گیری :    85 -2
-3 تحلیل اندر کنش آب و سازه در مورد مخازن سه بعدی مستطیل شکل توسط ترکیب روش های المان
و مقایسه نتایج آزمایشگاهی   86 (BEM) و المان مرزی (FEM) محدود
-1 مقدمه    86 -3
-2 روابط ریاضی    87 -3
-3 مقایسه با نتایج آزمایشگاهی :   93 -3
فصل پنجم: حل مساله نمونه
حل مساله نمونه   99
101  ANSYS تحلیل توسط نرم افزار
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
-1 محیط الاستیک بدون حضور سیال:   101
-2 محیط الاستیک با حضور سیال  104
-1 المان مورد استفاده برای سیال    105 -2
-2 شرط های مرزی   106 -2
-1 شرط مرزی مربوط به مرز های عمودی محیط الاستیک  106 -2 -2
-2 شرط مرزی مربوط به مرز مشترک سازه و سیال:   106 -2 -2
3-2 شرط مرزی مربوط به مرز های عمودی سیال  106 -2
4-2-2 شرط مرزی مربوط به مرز انتهایی محیط سیال  106
109  MATLAB حل مساله توسط برنامه رایانه ای تهیه شده در محیط
روش گام های زمانی نیومارک  111
فصل ششم: بحث و نتیجه گیری
بحث و نتیجه گیری   117
نیاز های پژوهشی آینده   122
فهرست منابع لاتین    124
فهرست منابع فارسی 126