فهرست مطالب

نشریه روش های عددی در مهندسی
سال سی و دوم شماره 1 (تابستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/06/28
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مهدی خاشعی، مهدی بیجاری، فریماه مخاطب رفیعی صفحات 1-14
    پیش بینی از ابزارها و راهکارهای موثر به منظور برنامه ریزی و تدوین استراتژی های مالی است. دقت پیش بینی ها از مهمترین فاکتور های موثر در انتخاب روش پیش بینی است. امروزه علی رغم وجود روش های متعدد پیش بینی، هنوز پیش بینی های دقیق، به ویژه در بازارهای مالی کار چندان ساده ای نبوده و اکثر محققان درصدد به کارگیری و ترکیب روش های متفاوت به منظور حصول نتایج دقیق ترند. ترکیب مدل های مختلف یا استفاده از مدل های ترکیبی یک راه معمول در غلبه بر محدودیت های روش های تکی و بهبود عملکرد آنهاست. در ادبیات موضوع، روش های ترکیبی متعددی بر اساس مدل های پرسپترون های چندلایه و به منظور رفع نقایص و محدودیت های موجود در این گونه از روش ها طراحی و به کارگرفته شده اند. دراین مقاله، یک روش ترکیبی جدید از پرسپترون های چندلایه با استفاده از شبکه های عصبی احتمالی ارائه شده است. روش پیشنهادی با به کارگیری قابلیت های منحصر به فرد شبکه های عصبی احتمالی در تشخیص نقاط شکست، تغییرات و الگوهای خاص موجود در سری های زمانی مورد مطالعه را بهتر و کامل تر مدل سازی کرده و لذا عملکرد و دقت مدل در پیش بینی سری های زمانی را افزایش می دهد. نتایج حاصله از بکارگیری روش ترکیبی پیشنهادی به منظور پیش بینی نرخ ارز بیانگر کارامدی روش پیشنهادی در افزایش دقت پیش بینی ها بوده است.
  • سوران حسنی فرد، محمد زهساز، فیروز اسماعیلی گلدرق صفحات 15-25
    هدف اصلی از این تحقیق، مطالعه ی تاثیر فاصله بین صفحات بر روی عمر خستگی اتصالات نقطه جوش از جنس آلیاژ آلومینیوم 5083-O است. به همین منظور، مقادیر فاکتور کاهش مقاومت فاق برای اتصالات نقطه جوش با فواصل مختلف به روش حجمی محاسبه شدند. عمر خستگی اتصالات نقطه جوش با استفاده از مقادیر کاهش مقاومت فاق و نیز منحنی تنش-عمر موجود برای نمونه بدون فاق از جنس آلیاژ آلومینیوم 5083-O تعیین شد. عمرهای تخمین زده شده با اطلاعات بدست آمده از آزمون خستگی مقایسه شد و نشان داده شد که عمرهای پیش بینی شده عددی با نتایج تجربی تطابق بسیار خوبی دارند.
  • سیدمحمدعلی زمردیان، محمدحسین رضایی صفحات 27-50
    در دنیای پر شتاب امروز و با افزایش تقاضای شهر نشینی، کمبود فضای شهری بطور محسوسی رو به فزونی است. از این رو نیاز به بلند مرتبه سازی و بالطبع عملیات گودبرداری از ضروریات جوامع شهری امروزی است. یک نمونه از سازه های حائل که از جمله متداول ترین نوع آن نیز بوده و برای گودبرداری با عمق های متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد، خرپای فلزی است. طراحی سازه حائل ایمن، اقتصادی و مطابق ضوابط آیین نامه ای نیازمند درک صحیح رفتار گودبرداری است. از آنجا که مدل سازی سه بعدی هزینه بر و وقت گیر است، مدل سازی دو بعدی تحلیل غالب در محاسبات مهندسی است. در این مقاله تلاش شده تا با مدل سازی پارامتریک گودبرداری های مهار شده با خرپای فلزی در حالت های دو بعدی و سه بعدی و مقایسه آنها، ارتباطی منطقی میان هر دو حالت برقرار شود. با توجه به اینکه رفتارگودبرداری متاثر از مدلسازی سه بعدی است، سعی در تبیین نسبت میان بیشینه جابه جایی افقی و نشست در حالت های دو بعدی و سه بعدی (نسبت PSR) شده است. همچنین تاثیر پذیری این نسبت از پارامترهای رفتاری خاک، سربار مجاور و هندسه گودبرداری(طول، عرض و عمق) مورد بررسی قرار گرفته است. به طور میانگین نسبت PSR برای عمق های 4، 7 و 10 متر به ترتیب برابر 7/0، 55/0 و 4/0 محاسبه شد. همچنین مقایسه مقادیر نیروی محوری در اعضای اصلی سازه حائل (عضو قائم و مایل) نشان از تطابق قابل قبول این پارامتر در حالت دو بعدی و سه بعدی دارد. همچنین نسبت لنگر خمشی عضو قائم در حالت سه بعدی به حالت دو بعدی در بیشترین مقدار خود به 14/0 می رسد که حاکی از غیر حقیقی بودن این پارامتر در حالت دو بعدی می باشد. از این رو در روند طراحی سازه حائل قابل صرف نظر کردن است.
  • صالح حمزه جواران، ناصر خاجی * صفحات 51-64

    در این مقاله، یک فرمول بندی جدید از روش اجزای مرزی برای تحلیل ارتعاش آزاد و اجباری محیط های کشسان دوبعدی ارائه می شود. هدف اصلی این مطالعه، تخمین جمله اینرسی با استفاده از توابع پایه ی شعاعی چند ربعی معکوس است. برای این منظور، روش تقابل دوگانه با حل های اساسی استاتیکی، برمبنای این توابع فرمول بندی می شود. حل خصوصی معادله ی دیفرانسیل مربوط به هسته های فرضی جابه جایی و ترکشن به صورت صریح محاسبه می شود. برای رفع تکینگی از حل خصوصی، یک تکنیک ریاضیاتی ساده به کار گرفته می شود. پس از رفع تکینگی، حالت حدی انطباق نقطه ی چشمه و گره ی مرزی برای هسته ها محاسبه می شود. برای نشان دادن کارایی و دقت روش حاضر، چندین مثال عددی ارائه می شود. نتایج حاصل با نتایج به دست آمده از سایر توابع پایه ی شعاعی موجود و حل های تحلیلی مقایسه می شوند.

  • محمود عبدالهی، رضا عطارنژاد صفحات 65-78
    در این نوشتار تحلیل دینامیکی اندرکنش سد و مخزن در دامنه زمان با استفاده از روش تفاضل محدود ارائه می شود. برای گسسته سازی معادله حاکم بر سد از روش نیمه ضمنی و معادله حاکم بر مخزن از روش صریح استفاده می شود. سیال با تراکم پذیری خطی در نظر گرفته شده و از لزجت سیال صرف نظر می شود. برای مرز دوردست مخزن شرایط مرزی سامرفیلد به کاربرده می شود.برای اولین بار درادبیات فنی تاثیرات توام جذب کف مخزن، امواج سطحی و مولفه قائم شتاب زمین در محاسبات در نظر گرفته شده است. به منظور صحت سنجی روش ارائه شده یک مثال به صورت مبنا در نظر گرفته شده و نتایج به دست آمده از روش تفاضل محدود با روش نیمه تحلیلی مقایسه می شود. نتایج از دقت مناسب روش ارائه شده با روش نیمه تحلیلی حکایت می کند. در انتها، تاثیرات جذب کف مخزن و امواج سطحی و مولفه قائم شتاب زمین در مثالی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه می شود.
  • حسن قاسمی، امین مردان، احسان یاری صفحات 79-97
    در این مطالعه از روش عددی المان مرزی برای تحلیل هیدرودینامیکی تاثیر توپی بر عملکرد پروانه و استفاده از فین برای یکسان سازی سرعت های القایی در پایین دست جریان استفاده شده است. مدل سازی هندسه در معادلات به کمک توزیع چشمه و دو قطبی بر روی توپی و پره ها انجام گرفته است. در بررسی تاثیر توپی و پره ها بر روی هم از یک فرآیند تکراری استفاده شده است؛ بدین صورت که در هر مرحله، توپی و پره ها به صورت مجزا و با در نظر گرفتن اثر جسم مجاور در شرایط جریان ورودی مورد تحلیل قرار گرفته اند. در ادامه به مدل سازی هندسی فین های انتهای توپی و بررسی اثرات آن در سرعت های القایی پروانه پرداخته شده است. این فین ها به عنوان یک کاهنده اتلاف انرژی، باعث کاهش و یکنواخت تر شدن اثرات القایی پروانه در جریان پایین دست پروانه می شوند.
  • امید واثقی، حمیدرضا میردامادی، علیرضا شهیدی صفحات 99-114
    در این مقاله با استفاده از روش ریلی ریتز و بر اساس تئوری کلاسیک ورق، کمانش گرمایی ورق های مستطیلی مرکب لایه لایه بر روی بستر الاستیک بدون قابلیت اعمال نیروی کشش (یک طرفه) بررسی شده است. تاثیر نسبت طول به عرض ورق، زاویه چیدمان رشته ها، شرایط مرزی، و نوع چینش لایه ها، با و بدون وجود بستر، بر روی میزان دمای بحرانی و شکل مود کمانش، مورد بررسی قرار گرفته است. کلیه بررسی هایی که در زمینه کمانش یک طرفه انجام گرفته، مختص به ورق تک لایه همسانگرد زیر اثر نیروهای درون سطح مکانیکی است. دستاوردهای بدست آمده با کارهایی که تاکنون انجام گرفته مقایسه شده و تطابق بسیار قابل قبولی در روش حل مشاهده شده و دقت و اعتبار روش مورد تایید قرار گرفته است.
  • مجید طهرانی دهکردی، هوشنگ نصرتی، محمود مهرداد شکریه صفحات 115-124
    در این تحقیق، ضربه سرعت پایین بر روی کامپوزیت های خالص و مرکب درون لایه ای تقویت شده با الیاف انعطاف پذیرو ترد بر مبنای روش اجزای محدود شبیه سازی گردیده است. بدین منظور با استفاده از خواص ابعادی، فیزیکی و مکانیکی، کامپوزیت هایی به صورت چهار لایه با آرایش شبه ایزوتروپیک طراحی شد. آنگاه با استفاده از نرم افزار آباکوس پارامترهایی از جمله نیروی برخورد و خیز، در شدت ضربه 30 ژول تعیین شد. برای ارزیابی شبیه سازی های انجام شده، نتایج حاصل از تحلیل نرم افزار با نتایج آزمایش ضربه در حالت تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد مدل ارائه شده به خوبی روند تغییر نیروی برخورد و ماکزیمم خیز با تغییر درصد الیاف ترد را پیش بینی می کند. هم چنین با استفاده از نتایج مدل می توان نحوه توزیع تنش و کرنش در هر لحظه از زمان برخورد و نحوه شکست در هر لایه از کامپوزیت را به صورت کامل تحلیل کرد.
  • فرشید مسیبی صفحات 125-143
    ضرب ماتریس های تنک در بردار اصلی ترین پایه روش های تکراری در حل دستگاه های معادلات خطی به شمار می رود. تقریبا تمامی روش های عددی نیاز به حل چنین دستگاهی از معادلات خطی در فرایند حل خود دارند. تا کنون تحقیقات بسیار زیادی در این زمینه انجام گرفته و هنوز نیز در حال انجام است. یکی از مناسب ترین روش ها برای انجام سریع تر این گونه عملیات استفاده از پردازنده های گرافیکی است. این پردازنده ها در سال های اخیر رشد بسیار چشمگیری از نظر قدرت پردازش داشته اند. در این تحقیق روشی نو برای انجام این عملیات روی پردازنده های گرافیکی با کمک زبان آزاد محاسباتی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد با بهینه سازی پارامترهای این روش می توان کارایی به مراتب بالاتر از انجام این عمل روی پردازنده ها حتی با کمک استاندارد باز چندپردازنده ای به دست آورد. همچنین نتایج نشان می دهد در نزدیکی پارامترهای بهینه این روش حساسیت چندانی وجود ندارد که کار را برای تخمین آن ها از روی مشخصات ماتریس بسیار ساده تر می نماید.
  • امیر غلام پور، سید محمد بینش صفحات 145-161
    در این مقاله با بهره گیری از ترکیب روش بدون شبکه و تئوری تحلیل حدی2، یک روش عددی جدید برای تعیین حد پایین ظرفیت باربری پی های نواری ارائه شده است. در روش پشنهادی، هندسه ی مساله تنها توسط گره ها ایجاد می گردد و هیچ گونه شبکه بندی برای محیط صورت نمی پذیرد. با بهره گیری از مفهوم تکنیک انتگرال گیری گره ای پایدار3، گرادیان تنش در محیط به صورت تکه ای هموار شده است و بر این اساس، معادلات تعادل و شرایط مرزی برای کل دامنه مساله ارضا گردیده است. به منظور مجزاسازی میدان تنش در محیط مساله، از روش بدون شبکه با توابع شکل شپارد4 استفاده شده است که به دلیل خاصیت های منحصر به فرد این توابع شکل، کنترل عدم تجاوز از معیار زوال برای تمامی نقاط دامنه مساله، صرفا به کنترل در گره ها محدود می شود. با تعریف تابع هدف و استفاده از قیود در نظر گرفته شده، یک مساله بهینه یابی ریاضی شکل می گیرد که با روش برنامه ریزی خطی قابل حل می باشد. در انتهای مقاله با حل چندین مثال در مورد خاک های چسبنده یکنواخت، خاک هایی با چسبندگی متغیر با عمق و خاک های چسبنده-اصطکاکی صحت و دقت روش پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است.
|
  • M. Khashei, M. Bijari, F. Mokhatab Rafiei Pages 1-14
    Forecasting is one of the effective tools for planning and establishing the financial strategies. Forecasting accuracy is also one of the most important factors in choosing the forecasting method. Nowadays, despite the numerous forecasting models available, accurate forecasting is not yet a simple task, especially in financial markets. Thus, different models have been combined together in order to achieve more accurate results. Combining different models or using hybrid forecasting models is a common way for overcoming deficiecies of the single models and improving their performance. In the literature, several hybrid models of multilayer perceptrons have been proposed in order to overcome the disadvantages of these models. In this paper, a new hybrid model of multilayer perceptrons is proposed using probabilistic neural classifiers. The proposed model improves the performance of the multilayer perceptrons using the unique advantages of the probabilistic neural classifiers in detecting the break points and better and more complete modeling of the specific patterns in the under-study time series. Empirical results of exchange rate forecasting indicate the efficiency of the proposed model in comparison with other models.
    Keywords: Multilayer perceptrons (MLPs), Probabilistic Neural Networks (PNNs), Hybrid models, Time series forecasting, Financial markets, Exchange rate
  • S. Hassanifard, M. Zehsaz, F.E. Goldarag Pages 15-25
    The main goal of this investigation was to study the influence of sheet spacing on the fatigue life of 5083 O aluminium alloy spot-welded joints. The values of notch strength reduction factors were obtained for all kinds of spot-welded joints with different gap distances between sheets based on volumetric approach. The fatigue lives of spot welded joints were then determined using the notch strength reduction factors and the available smooth S-N curve of 5083-O aluminium alloy sheets. The results were compared with the experimental fatigue test data, showing a very good agreement between numerical predictions and experimental results.
    Keywords: Spot welded joist, Fatigue life, Sheet spacing, Volumetric approach, Notch strength reduction factor, Stress gradient
  • S. M. A. Zomorodian, M. H. Rezaei Pages 27-50
    Nowadays, the need for tall buildings, substruction of highways, construction of underground trains and consequently excavating operations is essential for modern urban communities. One of the most common types of retaining structures used for varying excavation depths is the metal truss. The aim of this study was to introduce a logical connection between two and three-dimensional analyses in a manner that by using two-dimensional analysis, horizontal and vertical displacements as well as internal forces of the retaining structures with a good approximation in three dimensional analysis (which is closer to the reality) can be calculated. Therefore, several parametric modelings were simulated in order to investigate the behavior of supported excavations via truss. Also, it was aimed to determine the ratio between maximum horizontal displacement at two-dimensional and three-dimensional analyses (PSR ratio). The PSR ratios for the depth of 4, 7 and 10 meters were 0.7, 0.55 and 0.4, respectively. The internal forces of a critical truss (near the center of the excavation) including axial forces and bending moments were also studied. Comparing the values of axial forces in the main structural members of the critical truss in two-dimensional and three-dimensional analyses shows a good agreement between the two types of modeling. The magnitude of bending moment in three-dimensional to two-dimensional analyses was 0.14, which proves unrealistic in twodimensional analysis, and can consequently be neglected in structural design procedure
    Keywords: Excavation, Retaining structure, Metal truss, Two, dimensional, Three, dimensional analyses, Hardening constitutive model, Mohr coulomb criteria, Drucker, Prager criteria, Modified Drucker, Prager
  • S. Hamzehei Javaran, N. Khaji Pages 51-64

    This paper presents a new boundary element formulation for free and forced vibration analysis of 2D elastic domains. The main idea of the present formulation is to approximate the inertia terms using the inverse multiquadric radial basis functions (IMQ RBFs). The dual reciprocity method (DRM) with the static-type fundamental solution is reconsidered by using the proposed RBFs. The fictitious particular solution kernels of inverse multiquadric RBFs corresponding to displacement and traction, a few terms of which are singular, are explicitly derived. Therefore, a simple mathematical trick is employed to resolve the singularity problem. In addition, the limiting values of the particular solution kernels are evaluated. Several examples are studied to demonstrate the validity and the accuracy of the proposed formulation. The results are compared to the obtained analytical and other RBFs available in the literature.

    Keywords: Inverse multiquadric radial basis functions, Particular solutions, Boundary element method, Dual reciprocity method, 2D elastodynamics, Free, forced vibration analysis
  • M. Abdollahi, R. Attarnejad Pages 65-78
    In this paper, time domain dynamic analysis of dam-reservoir interaction is presented using finite difference method. A semi-implicit scheme is used for the discretization of the governing equation of dam, and an explicit scheme is used for the discretization of the governing equation of fluid. Water is considered compressible but its internal viscosity is neglected. A Sommerfeld’s radiation condition at the infinity boundary of the fluid domain is implemented. To verify the proposed method, numerical examples are given to be compared with the existing solutions. The result shows a good agreement with semi-analytical solution. Finally, the effects of reservoir bottom absorption, the free surface waves of the reservoir and the vertical component of earthquake are analyzed and the results are presented.
    Keywords: Dam, reservoir interaction, explicit method, semi, implicit method, hydrodynamic pressure, reservoir bottom absorption, free surface waves
  • H. Ghassemi, A. Mardan, E. Yari Pages 79-97
    In this article, the boundary element method (BEM) is used to analyse the propeller hub and the blades in its vicinity. In solver, the modeling of hub and blades is performed with source and dipole distribution on their surfaces. Iterative procedure is utilized to consider the near body effect. In each step, each body was independently analyzed with the influence of near body considered in inflow velocity. The induced velocity of propeller was studied with and without PBCF (Propeller Boss Cap Fin) downstream. PBCF, as an energy-saving device, causes the induced velocity of propeller to be reduced and uniformed.
    Keywords: Propeller Hub, Boundary element method (BEM), Induced Velocities, PBCF
  • O. Vaseghi, H.R. Mirdamadi, A. Shahidi Pages 99-114
    In this paper, using Rayleigh-Ritz method (RRM) and based on classical plate theory, thermal buckling of laminated composite rectangular plates is analyzed. Effects of plate aspect ratios, fiber orientations, and the kinds of lamination scheme with and without the foundation on the uni-lateral thermal buckling behavior are analyzed. All studies done in uni-lateral buckling field are specialized for single-layer isotropic plates which are affected by in-plane mechanical loads. The numerical results are validated very satisfactorily for the present method, with its accuracy and reliability confirmed
    Keywords: Uni, lateral thermal buckling, laminated composite plate, Rayleigh, Ritz method, Tensionless elastic foundation
  • M.Tehrani Dehkordi, H. Nosraty, M.M. Shokrieh Pages 115-124
    In this study, the impact strength of homogenous and intra-ply hybrid composites reinforced with ductile and brittle fibers was predicted based on a finite element method. For this purpose, a four-ply composite with the quasi-isotropic stacking sequence was designed considering the dimensional, physical and mechanical properties. Next, using Abaqus software, the parameters such as contact force and deflection, at 30 J impact energy were determined. In order to validate the simulated model, the theoretical results were compared with the experimental ones. The results revealed that the model can predict the variation of maximum contact force and maximum deflection with changing the content of brittle fiber. In addition, the results can be used to analyze the stress and strain distributions during the impact.
    Keywords: Simulation, Hybrid Composite, Impact, Brittle Fiber, Ductile Fiber
  • F. Mossaiby Pages 125-143
    Sparse matrix-vector multiplication (SpMV) is the key operation in the iterative methods for solving linear systems of equations. Almost all numerical methods need to solve such a system in their solution procedure. There have been a lot of researches on this subject and it is still a very hot research area. One of the best methods to increase the performance of this operation is using graphics processing units (GPUs). These processors have had a great improvement in their processing capabilities. In this research, a new method to perform this operation using open computing language (OpenCL) is presented. The results show that by optimizing the parameters of this method one can gain a much higher performance compared to CPUs, even when using the open multi-processing standard (OpenMP). Also, the results show that there is not much sensitivity near the optimal parameters, which paves the way to estimate them from the matrix properties
    Keywords: Sparse matrix, vector product, Graphics processing unit (GPU), Open computing language (OpenCL)
  • A.Gholampour, S.M.Binesh Pages 145-161
    In this paper, a novel numerical approach is proposed for determination of a lower bound solution for the bearing capacity of strip footings. In this method, the geometry of problem is constructed by nodes and, there is no need for mesh in the traditional sense. The gradient of stress is smoothed piecemeal by the aid of the stabilized nodal integration technique and, the equilibrium and boundary conditions are fully satisfied at the entire domain consequently. The stress field is discretized by a mesh-free technique called Shepard's method. Due to the individual properties of Shepard's shape functions, the non-yielding condition is just controlled at the nodes. Putting the objective function and the related constraints together forms a mathematical optimization problem which is solved by a linear programming technique. At the end, the accuracy and efficiency of the proposed method is investigated by solving some examples for the cohesive soils with uniform and depth dependent shear strength, and the cohesive-frictional soil.
    Keywords: limit analysis, mesh, free method, strip footing, bearing capacity