بهروز حسنی
-
روش تحلیل هم هندسی با هدف کاهش فاصله بین تحلیل و طراحی به کمک رایانه معرفی شده است. این روش دارای مزایایی همچون مدل سازی دقیق هندسه، روش های بهبودسازی مناسب، راحتی دستیابی به توابع مرتبه بالا و دقت بالاتر در محاسبات است. هدف این پژوهش، ارائه روشی کارآمد برای اعمال بارهای گسترده بر سطوح دارای انحنا در تحلیل هم هندسی است. یکی از چالش های اصلی در این روش، نحوه اعمال شرایط مرزی بر روی هندسه های پیچیده است. در مدل های دارای انحنا، برخی از نقاط کنترلی روی هندسه قرار نمی گیرند که موجب ابهام در توزیع بار روی این نقاط می شود. در این پژوهش، از توابع نربز که توابعی غیردرون یاب و استاندارد در سامانه های طراحی رایانه ای هستند، برای تقریب فضای حل و توصیف هندسه استفاده شده است. همچنین، به منظور استفاده از قابلیت های ابزارهای طراحی به کمک رایانه، نحوه واردکردن هندسه های ایجاد شده در نرم افزار راینو به تحلیل هم هندسی با استفاده از فرآیند استخراج بزیه توضیح داده می شود. نتایج بدست آمده، صحت و کارآیی روش پیشنهادی را تایید می کنند.کلید واژگان: روش هم هندسی، توابع نربز، بار گسترده، سطوح دارای انحنا، استخراج بزیهThe isogeometric method was introduced to bridge the gap between computer-aided design (CAD) and analysis. This method offers advantages such as precise geometric modeling, suitable refinement methods, easy access to higher-order functions, and higher computational accuracy. The aim of this research is to provide an efficient method for applying the distributed loads on curved surfaces in isogeometric analysis. One of the main challenges in this method is how to apply boundary conditions on complex geometries. In curved models, some control points may not lie on the geometry, leading to ambiguity in the distribution of loads on these points. This study uses NURBS functions, which are standard non-interpolatory functions in CAD systems, to approximate the solution space and describe the geometry. Additionally, to leverage the capabilities of CAD tools, the process of importing geometries created in Rhino into isogeometric analysis using Bézier extraction is explained. The results confirm the accuracy and efficiency of the proposed method.Keywords: Isogeometric Method, NURBS, Distributed Loads, Curved Surfaces, Bézier Extraction
-
مفصل های خمشی یکی از پرکاربردترین و مهم ترین المان های طراحی در طراحی سازوکارهای دقیق هستند. این مفصل ها به دلیل ساختار یک پارچه و ارتجاعی خود امکان ایجاد حرکت های دقیق را فراهم می کنند. در این پژوهش یک مدل کینتوالاستیک برای طراحی انواع مفصل های خمشی یک و چند درجه آزادی ارائه شده است. برای کاهش هزینه محاسباتی، دو رویکرد رابطه سازی مفید برای بیان تابع هدف و قیدهای مسئله ارائه شده اند که تنها بر اساس معیار انرژی کرنشی و جابه جایی های ازپیش تعیین شده تعریف شده اند. این روش دارای خاصیت خود الحاقی است که با کاهش حجم محاسبات برای تحلیل حساسیت، همگرایی بالایی را نیز به همراه دارد. برای یافتن پاسخ های مسئله بهینه سازی از تحلیل اجزای محدود (FEA)، مدل سازی مواد با استفاده از روش جامد همسان گرد با جریمه (SIMP) و روش مبتنی بر گرادیان حرکت مجانب های متحرک (MMA) استفاده شده است. مسئله ی بهینه سازی توپولوژی در نرم افزار متلب (MATLAB) برنامه نویسی و مثال های متعددی برای طراحی مفصل های خمشی یک و چند درجه آزادی در فضای دوبعدی حل شده است. در نهایت نتایج به دست آمده از دو رویکرد بهینه سازی ارائه شده در این پژوهش با یک دیگر مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده از این پژوهش انواع مختلف مفصل های خمشی در فضای دوبعدی را پوشش می دهد. در برخی از این مفصل ها، نسبت سفتی سازه به میزان قابل توجهی، تا 208 برابر، افزایش یافته است که این امر نشان دهنده کاربردی بودن و اثربخشی این روش در بهینه سازی توپولوژی مفصل های خمشی است.
کلید واژگان: مفصل های خمشی، بهینه سازی توپولوژی، انرژی کرنشی، روش حرکت مجانب های متحرکFlexure joints are one of the most widely used and crucial elements in the design of precision mechanisms. Owing to their monolithic and elastic structure, these joints facilitate highly precise movements. In this study, we present a kinetoelastic model for designing various types of flexure joints with single and multiple degrees of freedom. To reduce computational costs, two beneficial approaches for defining the objective function and constraints are presented, based solely on the strain energy criterion and predetermined displacements. The resulting self-adjoint optimization problem exhibits computational efficiency and improved convergence. The topology optimization problem utilizes the Finite Element Method (FEM) and the Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) model, employing the Method of Moving Asymptotes (MMA) to solve and identify the optimal topology. A comprehensive mathematical framework, including the relevant two-dimensional (2D) boundary conditions and sensitivity analysis, is meticulously developed and extensively examined. For this purpose, MATLAB code is developed for designing 2D flexure joints with single and multiple degrees of freedom. Finally, the results obtained from the comparison of two optimization approaches presented in this study are discussed. In these joints, the stiffness ratio of the structure has increased significantly, up to 208 times, indicating the practicality and effectiveness of this method in the topology optimization of flexure joints.
Keywords: Flexure Joints, Topology Optimization, Strain Energy, Method Of Moving Asymptotes (MMA) -
در این مقاله تحلیل آیزوژیومتری سازه های پوسته ای همراه با پیشنهاد روشی بهینه برای محاسبه بردارهای گرهی ارایه شده است. هندسه پوسته با استفاده از سطوح نربز با بیشینه پیوستگی در سطح میانی و تعریف بردارهای گرهی دقیق در راستای ضخامت توصیف شده است. با توجه به استفاده از فرمول بندی میندلین رایزنر، برای درونیابی چرخش ها به بردارهای جهت در نقاط کنترلی نیاز است. این بردارها باید به نحوی محاسبه شوند تا بردارهای درونیابی شده در هر نقطه دلخواه روی سطح دقیق باشند. در این راستا، مولفه های بردارهای جهت در نقاط کنترلی با استفاده از حل دستگاه معادلات روی کل وصله بدست آمده اند که در آن دستگاه معادلات با استفاده از مقادیر معلوم بردارهای جهت در فواصل گریویل تعریف شده است. دقت روش استفاده شده با حل مسایل رایج در تحلیل پوسته بررسی شده است و نتایج بدست آمده برای جابجایی، کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد. رفتار همگرایی با افزایش درجه توابع و تعداد نقاط کنترلی، مورد بررسی قرار گرفت و دیده شد که برخلاف روش های معمول تعریف بردارهای گرهی، مشکل کاهش دقت حل با افزایش درجه توابع در شبکه بندی درشت وجود ندارد، که امکان استفاده از شبکه بندی درشت را می دهد. با توجه به تناظر یک به یک بین نقاط کنترلی و گریویل، تعریف دستگاه معادلات روی این نقاط منجر به جواب یکتایی برای بردارهای گرهی می شود و با حذف معادلات اضافی، زمان محاسبه بردارها به طور چشم گیری کاهش می یابد.
کلید واژگان: تحلیل آیزوژئومتری، بی اسپلاین غیریکنواخت کسری، پوسته میندلین، رایزنر، نقاط گریویل، بردارهای جهت گرهیIn this paper, the isogeometric analysis of shell structures along with the optimal method for accurate calculation of nodal vectors is proposed. The Nurbs surface with maximum regularity is used for shell mid-surface description. According to the Reisner- Mindlin hypothesis, the director vectors at control points are needed for the interpolation of the rotations. The calculated nodal direct vectors must lead to exact interpolated director vectors on the shell surface. Hence, a method has been proposed in which the components of director vectors at control points are obtained by solving a system of equations on the whole patch. The system of equations is formed using known values of direction vectors at the Greville points. The accuracy of the proposed method has been investigated by using the results of the most common problem in shell analysis. Convergence behavior for displacement at the loading points has been studied in all solved problems for different order of NURBS and net of control points. The deformation results show better convergence behavior with increasing the regularity and order of NURBS. The knot averages are in a one-to-one correspondence with control points. Thus, the system of equations on these points leads to a unique solution for the nodal direction vectors, and the time to solve equations is significantly reduced.
Keywords: Isogeometric Analysis, Non-Uniform Rational B-Spline, Reissner-Mindlin Shells, Greville Points, Nodal Vectors -
تحلیل های استاتیکی و ارتعاش آزاد پوسته های با شکل دلخواه چندلایه کامپوزیتی بر اساس روش تحلیل ایزوژیومتریک و با در نظر گرفتن تغییرشکل های برشی موضوع این مقاله است. در روش ایزوژیومتریک به کار رفته در این تحقیق از توابع پایه غیریکنواخت کسری بی- اسپلاین (نربز) از مرتبه های مختلف برای تعریف هندسه پوسته و نیز تقریب زدن متغیرهای مجهول استفاده شده است. برای احتساب تغییرشکل های برشی از نظریه برشی مرتبه اول یا نظریه رایزنر- میندلین استفاده شده است. در روش پیشنهادی علاوه بر سه درجه آزادی مربوط به جابجایی برای تعریف دو درجه آزادی چرخشی مستقل و همچنین به منظور محاسبه دقیق بردار نرمال سطح میان پوسته از مفهوم نقاط مهار استفاده شده است. همچنین در تحلیل پوسته های چندلایه از نظریه تک لایه معادل استفاده شده است. از آنجا که بررسی کارایی و دقت روش تحلیل ایزوژیومتریک در حل پوسته های با شکل دلخواه چندلایه کامپوزیتی جزو اهداف اصلی این مقاله است، مثال های متعدد عددی آورده شده و با سایر منابع موجود مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده موید دقت مطلوب و کارایی روش پیشنهادی است.کلید واژگان: عملگر برشی پیزوالکتریک، پوسته های کامپوزیتی، روش ایزوژئومتریک، نظریه میندلین- رایزنر، تحلیل استاتیکیInvestigation of effects of the piezoelectric shear actuator on the static response of cross-ply laminated composite smart shells by using the isogeometric approach is the subject of this paper. In the analysis of laminated smart shells, the Mindlin-Reissner theory (first-order shear deformation theory) is used. The isogeometric approach has here been employed that utilizes the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) of various orders to approximate the variables defining the geometry of smart shell as well as the unknown functions. In this research, the effect of different boundary conditions on structural transverse deformation by applying electric field has been studied. In the considered cases, smart shells possess two simply supported parallel edges while the other two edges are considered as a combination of free, clamped or simple supports. Also, study of the shear effects of the piezoelectric actuator on various factors, including the radius of curvature of the shell as well as the simultaneous mechanical and electrical loadings are amongst the objects of this article. To demonstrate the efficiency and accuracy of the isogeometric approach in the study of shear effects of the piezoelectric actuators, several numerical examples are presented and the obtained results indicate the desirability of the proposed approach.Keywords: Piezoelectric shear actuator, Composite shells, Isogeometric approach, Reissner-Mindlin theory, Static analysis
-
در اکثر روش های بهینه سازی سازه ای در تحلیل سازه و محاسبه حساسیت از روش اجزای محدود مرسوم استفاده شده است. به دلیل تغییر هندسه در هر مرحله از بهینه سازی، برای دست یابی به مدل محاسباتی نیاز به تولید شبکه اجزای محدود جدیدی است که سبب افزایش هزینه محاسباتی و اتلاف وقت می شود. برای مرتفع نمودن مشکلات این چنینی، روش تحلیل ایزو ژیومتریک بر مبنای توابع پایه نربز که ترکیبی از روش طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و اجزای محدود است، در اینجا استفاده می شود. در بهینه سازی شکل سازه ها از روش مجانب های پویا (MMA) که روشی گرادیان محور است، استفاده شده است. در بهره گیری ازاین روش نیاز به تحلیل حساسیت طرح نسبت به متغیرهای طراحی است. به همین منظور، با توجه به ویژگی های توابع نربز روش تحلیل حساسیت کاملا تحلیلی فرمول بندی و اجرا شده است. برای نشان دادن عملکرد روش پیشنهادی، مثال های عددی گوناگونی حل شده است.
کلید واژگان: روش ایزوژئومتریک، بهینهسازی شکل، نربز، حساسیت کاملا تحلیلیIn most of the structural optimization approaches analysis and sensitivities are carried out by using the conventional finite element method. Due to the variations of the problem geometry within the shape optimization iterations, updating the computational model by several remeshings is required that is quite time consuming and computationally costly. As a remedy for this problem, the NURBS-based isogeometric analysis method is here adopted that combines the Computer Aided Design (CAD) and finite element techniques. In this study, in the shape optimization of the structures the Method of Moving Asymptotes (MMA), which is a gradient-based method, is employed and to calculate the required sensitivities a fully analytical approach is presented. To demonstrate the performance of the suggested approach, various numerical examples are solved.
Keywords: Isogeometric Approach, Shape Optimization, NURBS, Fully Analytical Sensitivity -
در این پژوهش با استفاده از روش تحلیل ایزوژیومتریک و بر اساس نظریه های کیرشهف-لاو و رایزنر- میندلین به تحلیل پوسته های با شکل آزاد پرداخته شده است. در روش ایزوژیومتریک برای مدل سازی دقیق هندسه مسئله و تقریب متغیرهای مجهول از توابع پایه یکسانی استفاده می شود. برای تعریف هندسه پوسته در هر دو نظریه از سطوح تولید شده با استفاده از تکنیک نربز استفاده شده است. در استفاده از نظریه رایزنر- میندلین، با بهره گیری از مفهوم نقاط مهار، بردار نرمال بر سطح میان پوسته به صورت دقیق محاسبه می شود. نظریه کیرشهف-لاو برای پوسته از سه درجه آزادی جابه جایی برای هر نقطه کنترلی و برای درجات آزاد چرخشی نیز از همان متغیرها بهره می جوید، پس نیازمند پیوستگی C1 است. نظریه رایزنر- میندلین از سه درجه آزادی جابه جایی و دو درجه آزادی چرخشی مستقل برای هر نقطه کنترلی بهره می جوید که با پیوستگی C0 نیاز آن تامین می شود. برای بررسی دقت این روش ها چند مثال از پوسته های دارای حل تحلیلی ارایه شده و برای نشان دادن کارایی و توانایی این روش ها، مسئله پوسته با شکل آزاد طرح و نتایج بدست آمده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، پوسته های با شکل آزاد، نظریه کیرشهف-لاو، نظریه رایزنر- میندلینThis paper presents isogeometric analysis of free form shells based on Kirchhoff-Love and Reissner-Mindlin theories. The isogeometric approach utilizes Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) for different order approximation of the variables defining the geometry as well as the unknown functions. The geometry is defined for both theories by the NURBS technique for surface generation. In the employed Reissner-Mindlin shell theory, by making use of the anchor point concept the normal vector is calculated accurately. The Kirchhoff-Love shell theory uses three displacements degrees of freedom per node, but the Reissner-Mindlin theory uses five degrees of freedom, three displacements and two rotations. Also, for Kirchhoff-Love shell theory C1 continuity of the NURBS basis functions is needed, while for the Reissner-Mindlin shell theory C0 continuity is sufficient. Several standard benchmark examples with available analytical solutions are presented to demonstrate the performance and accuracy of the approaches. Also, a new benchmark problem is designed to study the performance of the methods as well as the convergence behavior of the presented approach when applied to completely free form shells.Keywords: Isogeometric Analysis, Free Form Shells, Kirchhoff-Love Theory, Riessner-Mindlin Theory
-
روش آیزوژئومتریک رویکردی جدید در حوزه مکانیک محاسباتی محسوب می شود که در آن از توابع نربز و بی- اسپلاین برای مدل سازی هندسه و نیز تقریب سازی مساله استفاده می شود. مزیت روش آیزوژئومتریک در این است که فرآیند گسسته سازی و حل مسئله یکپارچه می شود که خود باعث صرفه جویی در زمان و هزینه محاسبات خواهد شد. در این پژوهش به کمک روش های حساب تغییراتی و نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول، معادلات حاکم مربوط به کمانش ورق نازک مستطیلی تقویت شده با هندسه های متنو ع برای تقویت کننده به دست آمده است. شکل تقویت کننده و محل قرارگیری آن روی ورق دلخواه در نظر گرفته می شود. با استفاده از انرژی پتانسیل کل، رابطه کمانش ورق به دست آورده می شود و با گسسته سازی به روش آیزوژئومتریک، دستگاه معادلات مربوطه حل شده است. یکی از مزایای اصلی این روش، عدم نیاز به شبکه المان های خیلی ریز برای یکپارچه کردن اتصال ورق و تقویت کننده ها است که منجر به حصول جواب هایی دقیق تر در مقایسه با سایر روش های عددی و نیز نرم افزارهای تجاری با همان تعداد مجهولات می شود. در انتها نتایج به دست آمده از حل چند مثال ارائه شده و با مقایسه با نتایج روش های تحلیلی و عددی در دسترس اعتبارسنجی می شود.کلید واژگان: کمانش، ورق تقویت شده، آیزوژئومتریک، اجزای محدودIsogeometric analysis is a new approach in computational mechanics where the geometry and computational modeling is carried out by using NURBS and B-spline functions. The main advantage of the isogeometric approach is in unifying the discretization and problem-solving processes that lead to saving of computational time and cost. In this research, the governing equations of buckling analysis of thin plates stiffened with stiffeners with various geometries are obtained by use of the variational accounting method and first-order shear deformation theory (FSDT). The geometry of stiffener and its position on arbitrarily plate are considered. The equation of buckling is derived by employing the total potential energy, and the obtained system of equations is solved by discretization with the isogeometric analysis method. One of the main advantages of this approach is that it does not need a fine mesh for unification of the connection between the plate and its stiffeners so that, it leads to more accurate answers in comparison with other numerical methods and commercial software with the same number of unknowns. Finally, In order to verification, a few examples are presented and the obtained results are compared with the available results of the analytical and numerical method.Keywords: Buckling, Stiffened Plate, Isogeometric, Finite Element
-
کاربرد روش تحلیلی ایزوژئومتریک (Isogeometric Analysis) برای حل مسائل غیرخطی الاستیک تراکم پذیر موسوم به مسائل هایپرالاستیسیته (Hyperelasticity)موضوع این مقاله است. بدین منظور جهت استخراج ماتریس ضرایب با بهره گیری از مفهوم ایزوژئومتریک، پس از خطی سازی روابط حاکم، معادلات تعادل در فرم گسسته شده آن نوشته شده و در ادامه الگوریتمی برای تحلیل این دسته از مسائل ارائه می گردد. برای بررسی کارایی روش و صحت نتایج به دست آمده در مسائل هایپرالاستیسیته تراکم پذیر، نتایج حاصل از روش های اجزای محدود و ایزوژئومتریک با یکدیگر مقایسه می شود. استفاده از روش پیشنهادی علاوه بر امکان ایجاد هندسه مدل با دقت و انعطاف پذیری بیشتر، باعث تشکیل دستگاه معادلات کوچکتر و در کل کاهش حجم محاسبات می شود. به علاوه، علیرغم وجود تغییر شکل های بزرگ، وابستگی به نحوه گسسته سازی مسائل حداقل بوده و برخلاف روش اجزای محدود تا حد بسیار زیادی نیاز به تولید مجدد شبکه اجزای محدود وجود ندارد. همچنین، در این مقاله به بررسی تاثیر تعداد تقسیمات بار و نیز تعداد نقاط انتگرال گیری گوسی در همگرایی جواب مسائل پرداخته شده است.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، نربز، هایپرالاستیسیته، مصالح تراکم پذیرEmploying the Isogeometric Analysis method for solution of nonlinear compressible elastic materials, generally known as hyperelasticity, is the subject of this article. For this purpose, the matrix of coefficients is derived and by the linearization of governing equations the discretized equilibrium equations are obtained and a solution algorithm is presented. To study the performance and accuracy of the method in compressible hyperelastic problems, the obtained results are compared with those of finite elements. The presented approach, besides providing a good flexibility in geometrical modeling, results in a smaller system of equations and consequently reducing the computational cost. Furthermore, despite having large deformations, the need for remeshings is alleviated. Also, the effects of the number of load increments, as well as, the number of Gauss integration points on the convergence of the solution are studied.
Keywords: Functionally graded smart plate, Third order shear deformation theory, Gauss’s laws, Perturbation method, Force vibration -
در این مقاله روشی برای بهبود اعمال قید تنش در طراحی توپولوژی سازه با جرم کمینه ارائه شده است. برای فرمول بندی مسئله بهینه سازی توپولوژی از روش اجزای محدود و برای مدل سازی مصالح از تابع چگالی مصنوعی استفاده شده است. برای محاسبه میزان تنش در اجزا از تنش فون میزز در نقاط انتگرال گیری گوس موسوم به نقاط فوق همگرا استفاده شده است. به منظور کاهش زمان و هزینه محاسبات از فن خوشه بندی قیود تنش مجتمع شده با روش P-norm برای کاستن از تعداد قیود مسئله بهینه سازی، که متناسب با تعداد المان های به کار رفته در مدل محاسباتی مسئله است، استفاده شده است. به این منظور تعداد زیادی از قیدهای تنش محلی با تعداد محدودی قید تنش سراسری جایگزین می شود. توصیف کاملی از فرمول بندی و تحلیل حساسیت قید تنش که با استفاده از روش الحاقی صورت پذیرفته، ارائه شده است. به علت پیچیدگی بهینه سازی توپولوژی با استفاده از قیدهای تنش، روش مجانب های متحرک برای حل مسئله بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی کارایی روش چند مثال تنش صفحه ای ارائه و با سایر پژوهش ها ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از مزیت روش محاسباتی ارائه شده در تولید توپولوژی های قابل قبول و کاربردی است.کلید واژگان: بهینه سازی توپولوژی سازه، قید تنش، خوشه بندی، جریمه تنش، SIMP، MMAThis paper presents an improved approach for handling stress constraints in minimum weight topological design. The Finite Element Method (FEM) and the material model of Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) is used to formulate the topology optimization problem. To evaluate the stress values in elements, the von Mises stresses are calculated at the so called super-convergent Gauss quadrature points. To reduce the time and computational cost, a clustering approach is here adopted and the P-norm integrated stress constraints are used. Doing this, a large number of local constraints are replaced with a few global ones and consequently the stress constraint sensitivities are calculated by using the adjoint method. The employed formulation as well as a complete explanation of the sensitivity analysis is provided. Due to the complexity of the topology optimization problem in the presence of stress constraints, the Method of Moving Asymptotes (MMA) is here employed. To demonstrate the performance and capability of the procedure, a couple of plane stress elasticity problems are taken into consideration. The resulted layouts indicate the superiority of the approach in generating acceptable and practical topological designs.
-
در این مقاله روش عددی جدیدی بر اساس تحلیل ایزوژئومتریک برای تحلیل های استاتیکی و ارتعاش آزاد ورق های کامپوزیتی چندلایه پوشیده شده با مواد هوشمند پیزوالکتریک با استفاده از نظریه رایزنر- میندلین ارائه شده و دقت و کارایی آن مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از تحلیل ایزوژئومتریک ساده سازی طراحی هندسه و تحلیل مهندسی به کمک کامپیوتر با استفاده از توابعی است که به توصیف هندسه و در عین حال مجهولات می پردازند. در اینجا از روش ایزوژئومتریک با توابع پایه غیریکنواخت کسری بی- اسپلاین (نربز) از مرتبه های دو، سه و چهار برای تعریف هندسه مسئله و نیز تقریب زدن متغیرهای مجهول بهره جسته ایم. با توجه به استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول رایزنر– میندلین برای میدان جابه جایی، پیوستگی C0 در اینجا کافی می باشد که توابع پایه نربز این پیوستگی را تامین می نمایند. همچنین فرض شده است که پتانسیل الکتریکی لایه های پیزوالکتریک در راستای ضخامت به صورت خطی تغییر کنند. برای کاهش تاثیر پدیده قفل شدگی برشی در روابط سختی از روش بهبود پایداری استفاده شده است. از آنجا که بررسی کارایی و دقت روش ایزوژئومتریک در حل ورق های چندلایه کامپوزیتی پیزوالکتریک جزوه اهداف اصلی این مقاله است، مثال های متعدد عددی آورده شده و با سایر منابع موجود مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده موید دقت مطلوب و کارایی روش پیشنهادی است.کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، ورق ها، کامپوزیت، پیزوالکتریکThis paper presents an isogeometric analysis approach for static and free vibration analysis of laminated composite plates covered with piezoelectric layers using the Reissner-Mindlin theory. Isogeometric analysis (IGA) aims at simplifying the Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Engineering (CAE) by using the functions describe the geometry (CAD) and the unknown fields (Analysis). The isogeometric approach has here been employed that utilizes the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) of quadratic, cubic and quartic orders to approximate the variables defining geometry as well as the unknown functions. Using the Reissner-Mindlin first order shear deformation theory requires the C0-continuity of generalized displacements and the NURBS basis functions are well suited for this purpose. The electric potential is assumed to vary linearly through the thickness for each piezoelectric sublayer. To alleviate the shear locking problem, a stabilization technique is employed in the stiffness formulation. Since study of the performance and accuracy of IGA in solving laminated composite plates is one of the main objectives of this article. Several numerical examples are presented and compared with those available in the literature. The obtained results indicate desirable accuracy and efficiency of the proposed approach.Keywords: Isogeometric analysis, Plates, Composite, Piezoelectric
-
در این پژوهش با استفاده از تحلیل هم هندسه رفتار الکترومکانیکی پوسته های کامپوزیتی پیزوالکتریک بررسی شده است. روش های تولید شکل های هندسی مانند نربز و اسپلاین ها، اساس روش تحلیل هم هندسه است. در روش هم هندسه، برخلاف روش اجزای محدود، برای تولید مدل محاسباتی و نیز تقریب فضای حل از توابع پایه یکسان استفاده می شود. در این مقاله برای تحلیل سازه پوسته ای کامپوزیتی از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول میندلین رایزنر استفاده شده است که در آن هر نقطه کنترلی دارای پنج درجه آزادی، شامل سه درجه آزادی تغییر مکانی و دو درجه آزادی چرخشی، است. برای مدلسازی میدان الکتریکی تغییرات پتانسیل الکتریکی در راستای ضخامت لایه های پیزوالکتریک خطی فرض شده است. کار انجام شده با حل چند مثال مختلف معتبرسازی شده است. برای پوسته بام اسکوردلیس لو مقدار جابه جایی در نقطه میانی لبه آزاد با خطای 0/066 درصد از مقدار دقیق آن و برای پوسته یک سر گیر دار بیشترین مقدار خطا در جابه جایی نقطه میانی لبه آزاد آن، 0/039 درصد، به دست آمده است. در مثال های بعد، هدف رسیدن به تغییر شکل دلخواه پوسته با اعمال ولتاژ است. نخست، با افزایش ولتاژ اعمالی به یک پوسته چندلایه، تحت بار گسترده، تغییر شکل برون صفحه ای آن صفر شده است. سپس برای بررسی کنترل اعوجاج گرمایی، پوسته های کامپوزیتی متقارن و پادمتقارن در معرض گرادیان دما قرار گرفته اند. با اعمال ولتاژ با قطبیت های یکسان یا مخالف، پیچش یا خمش حرارتی یا هر دو در پوسته جبران شده است.کلید واژگان: تحلیل هم هندسه، پوسته، مواد کامپوزیت، پیزوالکتریک، گرادیان دماIn this paper, the thermos-electro mechanical behavior of piezoelectric laminate shell has been studied by isogeometric analysis. Isogeometric analysis (IGA) is based on geometry generation technique, such as nurbs and splines. In Isogeometric analysis, same basis functions employed for geometry and approximation of the unknown field, unlike finite element method. In this paper, the analysis of composite shell structure is based on first-order shear deformation theory (Mindlin-Reissner), therefore each control point has five degrees of freedom, three displacement degrees of freedom and two rotations. For modeling of the electric field, we assume the variation of electric potential is linear through the thickness of piezo electric layers. The current work is validated though solving typical examples. For the Scordelis-Lo-Roof, maximum error is 0.066% that take place at the midpoint of free edge and for clamped shell maximum error is 0.039%. In other case studies, the goal is to achieve desired shape deformation by applying voltage. First by increasing the voltage on laminate shell under uniform load, the out of plane deformation has been eliminate. In continue, for control of thermal distortion, the symmetric and antisymmetric composite shell exposed to temperature gradient. By applying the voltage with same or opposite polarity, thermal twist or thermal bending has been compensated.Keywords: isogeometric analysis, shell, composite material, piezo electric, temperature gradient
-
در این پژوهش برای اولین بار در تحلیل ایزوژئومتریک به بهبود شبکه نقاط کنترلی بر مبنای خطای برآورد شده از روشی مبتنی بر بازیافت تنش پرداخته شده است. در ابتدا از الگوریتم برآورد خطا مبتنی بر بازیافت تنش، برای یافتن نرم خطای انرژی هر المان استفاده شده است. سپس با تعریف میله هایی بین نقاط کنترلی، مقادیر تخمینی خطا در مجاورت نقاط کنترلی، به عنوان گرادیان حرارتی به هر میله تخصیص داده شده است. به این ترتیب، پس از تحلیل شبکه میله های فرضی که دچار تغییر دما شده اند، آرایش جدیدی از نقاط کنترلی و بردارهای گرهی حاصل می شود که بکارگیری این روند در چند سیکل در تحلیل ایزوژئومتریک، منجر به توزیع بهتر خطا در دامنه و در نتیجه حصول شبکه ای بهینه برای محاسبه انتگرال ها خواهد شد. به منظور سنجش کارایی این روش، نتایج حاصل از مدل سازی و تحلیل دو مساله الاستیسیته، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش بهبود شبکه ابداعی در کاهش میزان خطا موثر بوده، می تواند جهت افزایش دقت نتایج تحلیل ایزوژئومتریک، مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، نقاط کنترلی، حل تطبیقی، نرم خطاIn this research, for the first time, the net of control points in the isogeometric analysis has been improved by employing an error estimator based on a stress recovery method. First, an error estimation algorithm based on stress recovery is used to obtain the energy norm for each element. Then, artificial rods are defined between control points and the estimated values of errors in the control points located at the vicinity of a typical point is assigned to each rod as a thermal gradient. Now, by analyzing this hypothetical truss problem under temperature changes a new arrangement of control points and consequently the knot vectors can be obtained. Repeating this process in isogeometric analysis will lead to a better distribution of errors in the domain of the problem and results in an optimal net of control points to calculate the integrals. To evaluate the efficiency of this method, the results of modeling and analysis of two elasticity problem is presented. The obtained results show that this innovative approach has a good performance and can be employed for reducing the analysis errors.Keywords: Isogeometric Analysis, Control Points, Adaptive Analysis, Error Norm -
در این تحقیق به بررسی تجربی تاثیر شکل هندسه پروفیل مته بر عملکرد و دوام مته الماسه پرداخته شده است. پس از یک مطالعه میدانی وسیع سه نمونه از مته های مورد استفاده در مناطق نفت خیز جنوب انتخاب گردید. هندسه پروفیل مته شامل بخش های مختلف راس، مخروط، دماغه، شانه و گیج می باشد که هر کدام از این بخش ها بر پایداری، نرخ نفوذ، قدرت تهاجمی و دوام مته اثرگذار است. بررسی تاثیر هندسه پروفیل مته الماسه مستلزم بدست آوردن دقیق این پروفیل می باشد لذا هندسه پیچیده مته های موردنظر توسط اسکن سه بعدی و تولید ابر نقاط استخراج گردید. سپس پروفیل چیدمان برنده ها تولید گردید. در بخش تجربی، آزمایش های میدانی در شرایط مشابه وزن روی مته، سرعت چرخشی، سرعت سیال و وزن گل حفاری در سه چاه مجاور در میدان نفتی اهواز، سازند آسماری انجام گرفت. میزان متراژ حفاری و نرخ نفوذ یعنی میزان حفاری در ساعت اندازه گیری شد و میزان خرابی مته ها با توجه به استاندارد IADCارزیابی گردید. نتایج حاصل از تست مته ها نشان دهنده تاثیر هندسه مته بر عملکرد و دوام مته های الماسه می باشد. انتخاب بهینه هندسه پروفیل مته می تواند سبب افزایش نرخ نفوذ، پایداری و دوام مته گردد.
کلید واژگان: مته الماسه، هندسه پروفیل، عملکرد، دوامIn this study, experimental study of profile geometry effect on Polycrystal Diamond Compact (PDC) drill bits performance and durability was conducted. In an extensive field study, three samples of bits was choosed among NIOC bits collection. PDC bit profile consists of apex, cone, nose, shoulder and gage, which all are effective on stability, penetration rate, aggressiveness and durability. Verification of the effect of PDC bit profile geometry needs to first determine the exact geometry. Complicated geometry of these PDC bits was obtained by 3D-scan and cloud of points. Then cutters arrangement of the profile was produced. In experimental study, field test of these bits was conducted in same condition (WOB, ROP, fluid velocity and drilling mud weight) in Ahwaz oil rig in Asmari formation. Drilling metrage and penetration rate was measured and the bits dull grading based on IADC standards was determined. Results of the bits test showed the effect of profile geometry on PDC bits performance and durability. optimization of profile geometry of PDC bits causes an increase in penetration rate, stability and durability.
Keywords: PDC drill bit, profile geometry, performance, durability -
در این تحقیق به فرمول بندی و حل مسائل الاستیک غیر خطی تراکم ناپذیر، که به مسائل هایپرالاستیسیته تراکم ناپذیر نیز معروفند، با روش تحلیل ایزوژئومتریک پرداخته شده است. بدین منظور پس از تعریف اجمالی این دسته از مسائل هایپرالاستیسیته با در نظر گرفتن روابط حاکم بر مسئله که دارای ماهیت غیرخطی است، به خطی سازی معادلات جهت استفاده از الگوریتم عددی حل بر مبنای تکرار نیوتن- رافسون پرداخته می شود. سپس معادلات تعادل در حالت گسسته نوشته شده و ماتریس ضرایب در رهیافت روش ایزوژئومتریک استخراج می گردد. در ادامه با بهره گیری از مفاهیم عنوان شده، الگوریتمی برای مسائل غیرخطی الاستیک تراکم ناپذیر پیشنهاد گشته است. با توجه به تغییرشکل های بزرگ در مسائل غیرخطی الاستیک، در بکارگیری روش اجزای محدود، علاوه بر وابستگی جواب مسئله به اندازه شبکه المانها که باعث ایجاد دستگاه معادلات با حجم محاسباتی بالا می گردد، در برخی از مسائل مش بندی مجدد نیز اجتناب ناپذیر است. در روش ایزوژئومتریک با توجه به استفاده از توابع پایه اسپیلاین که قابلیت انعطاف پذیری بالائی در ایجاد هندسه مدل دارد، نیاز به فرآیند تولید مش مجدد تا حد زیادی رفع می شود. نتایج این تحقیق حاکی مزیت روش ایزوژتومتریک نسبت به اجزای محدود به دلیل ایجاد دستگاه معادلات کوچکتر و کاهش حجم محاسبات شده است.
کلید واژگان: تحلیل تنشThis article is devoted to the derivation of formulation and isogeometric solution of nonlinear incompressible elastic problems, known as incompressible hyperelasticity. After problem definition, the governing equations are linearized for employing the Newton-Raphson iteration method. Then, the problem is discretized by using concepts of isogeometric analysis method and its solution algorithm is devised. To demonstrate the performance of the proposed approach, the obtained results are compared with finite elements. Due to large deformations in this kind of problems, the finite element method requires a relatively large number of elements, as well as the need for remeshings in some problems, that results in a large system of equations with a high computational cost. In the isogeometric analysis method, using B-Spline and NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions provides us with a good flexibility in modeling of geometry without any need for further remeshings. The examples studied in this article indicate that by using the isogeometric approach good quality results are obtained with a smaller system of equations and less computational cost. Also, influence of Gauss integration points for the incompressible materials are investigated.Keywords: Ceep, Fatigue, Failure -
اولین روش برآورد خطا مبتنی بر بازیافت تنش در روش ایزوژئومتریک، بر پایه استفاده از خاصیت نقاط فوق همگرای گوسی بوده است. در این مقاله به بررسی روش برآورد خطای دیگری مبتنی بر ارضای معادلات تعادل در حل دو مثال الاستیسیته و هم چنین تاثیر تعداد نقاط انتگرال گیری گوسی در کارایی این برآوردکننده خطا پرداخته می شود. در این روش با استفاده از ارضای معادلات تعادل در هر ناحیه از فضای محاسباتی تحلیل ایزوژومتریک یک سطح تنش بهبود یافته به دست می آید که نشان داده خواهد شد این سطح تنش نسبت به سطح تنش ایزوژئومتریک و سطح تنش بهبود یافته مبتنی بر نقاط فوق همگرا دارای دقت بیشتری خواهد بود. برای بررسی کارایی این برآورد کننده خطا به مدل سازی و تحلیل دو مساله الاستیسیته دارای حل تحلیلی و مقایسه نتایج به دست آمده از این روش با روش مبتنی بر نقاط فوق همگرا و نتایج دقیق پرداخته شده است. نتایج نشان دهنده کارایی بهتر این روش نسبت به روش بازیافت تنش بر پایه استفاده از خاصیت نقاط فوق همگرا است و بر این اساس می توان از این روش نیز به عنوان یک روش ساده و موثر دیگر برای بازیافت تنش و برآورد خطا در روش ایزوژئومتریک نام برد.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، برآورد خطا، بازیافت تنش، معادلات تعادلA method for error estimation of isogeometric analysis of plane stress problems, based on stress recovery by using the super convergent properties of the Gauss points, was introduced. In this paper, a different approach for improvement of stresses based on the satisfaction of equilibrium equations by taking into consideration of two elasticity problems is followed and the effect of the number of the Gauss quadrature points is studied. In this approach, the equilibrium equations are satisfied for each patch of the isogeometric analysis model and it has been shown that the recovered stresses are more accurate than the previous method where the super-convergent properties were used. To demonstrate the performance and efficiency of the method a couple of elasticity problems are considered and the obtained results are compared with the previous method and exact solutions. The results indicate that the suggested method can be employed for error estimation and stress recovery in the isogeometrical analysis method.Keywords: Isogeometric Analysis, Error Estimation, Stress Recovery, Equilibrium Equations -
در این تحقیق به فرمول بندی و حل مسائل الاستیک غیر خطی تقریبا تراکم ناپذیر، که به مسائل هایپرالاستیسیته نزدیک به تراکم ناپذیری نیز معروفند، با روش تحلیل ایزوژئومتریک پرداخته شده است. بدین منظور پس از تعریف اجمالی این دسته از مسائل هایپرالاستیسیته با در نظر گرفتن روابط حاکم بر مسئله که دارای ماهیت غیرخطی است، به خطی سازی معادلات جهت استفاده از الگوریتم عددی حل بر مبنای تکرار نیوتن- رافسون پرداخته می شود. سپس معادلات تعادل در حالت گسسته نوشته شده و ماتریس ضرایب در رهیافت روش ایزوژئومتریک استخراج می گردد. در ادامه با بهره گیری از مفاهیم عنوان شده، الگوریتمی برای مسائل غیرخطی الاستیک در محدوده تراکم ناپذیری پیشنهاد گشته است. با توجه به تغییرشکل های بزرگ در مسائل غیرخطی الاستیک، در بکارگیری روش اجزای محدود، علاوه بر وابستگی جواب مسئله به اندازه شبکه المانها که باعث ایجاد دستگاه معادلات با حجم محاسباتی بالا می گردد، در برخی از مسائل مش بندی مجدد نیز اجتناب ناپذیر است. در روش ایزوژئومتریک با توجه به استفاده از توابع پایه اسپیلاین که قابلیت انعطاف پذیری بالائی در ایجاد هندسه مدل دارد، نیاز به فرآیند تولید مش مجدد تا حد زیادی رفع می شود. نتایج این تحقیق حاکی مزیت روش ایزوژتومتریک نسبت به اجزای محدود به دلیل ایجاد دستگاه معادلات کوچکتر و کاهش حجم محاسبات شده است.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، تابع پایه نربز، مصالح هایپرالاستیسیته در محدوده تراکم ناپذیری، الگوریتم عددی نیوتن، رافسونThis article is devoted to the derivation of formulation and isogeometric solution of nonlinear nearly incompressible elastic problems, known as nearly incompressible hyperelasticity. After problem definition, the governing equations are linearized for employing the Newton-Raphson iteration method. Then, the problem is discretized by using concepts of isogeometric analysis method and its solution algorithm is devised. To demonstrate the performance of the proposed approach, the obtained results are compared with finite elements. Due to large deformations in this kind of problems, the finite element method requires a relatively large number of elements, as well as the need for remeshings in some problems, that results in a large system of equations with a high computational cost. In the isogeometric analysis method, using B-Spline and NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions provides us with a good flexibility in modeling of geometry without any need for further remeshings. The examples studied in this article indicate that by using the isogeometric approach good quality results are obtained with a smaller system of equations and less computational cost. Also, influence of different volumetric functions for the nearly incompressible materials are investigated.Keywords: Isogeometric analysis, NURBS, Nearly Incompressible Hyperelasticity, Newton, Raphson -
روش ابداعی این پژوهش، با استفاده از برآورد خطای مبتنی بر بازیافت تنش، به حل تطبیقی و بهبود شبکه مسائل متقارن محوری در تحلیل ایزوژئومتریک می پردازد. بدین منظور، بعد از محاسبه نرم خطای انرژی، مقادیر تخمینی خطا در مجاورت نقاط کنترلی به عنوان گرادیان حرارتی به المان های رابط بین این نقاط اختصاص می یابد. پس از تحلیل شبکه المانهای فرضی که دچار تغییر دما شده اند آرایش جدیدی از نقاط کنترلی و بردارهای گرهی حاصل می شود؛ که انتظار می رود بکارگیری این روند در چند سیکل در تحلیل ایزوژئومتریک مسائل متقارن محوری منجر به توزیع بهتر خطا در دامنه و در نتیجه حصول شبکه ای بهینه برای محاسبه انتگرالها شود. جهت بررسی کارایی و نشان دادن افزایش دقت در نتایج تحلیل مسائل متقارن محوری به مدل سازی عددی دو مساله الاستیسیته با شرایط تقارن محوری، که دارای حل تحلیلی هستند، پرداخته شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که روش بهبود شبکه ارائه شده در کاهش میزان خطا موثر بوده و می تواند جهت افزایش دقت نتایج تحلیل ایزوژئومتریک مسائل متقارن محوری مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، نقاط کنترلی، حل تطبیقی، متقارن محوری، نرم خطاThis research is devoted to the adaptive solution and control point net improvement of axisymmetric problems in isogeometric analysis using the error estimation based methods for stress recovery. For this purpose، after the calculation of the energy norm، the estimated value of error in the vicinity of each control point is assigned to the neighboring members of a hypothetical truss-like structure as an artificial thermal gradient. By analysis of this network of rods under the temperature variations a new arrangement of control points is obtained. Repeating this process of thermal isogeometric analysis will eventually lead to a better distribution of errors in the domain of the problem and results in an optimal net of control points for the calculation of the integrals. To demonstrate the performance and efficiency of the proposed method، two axisymmetric elasticity problems with available analytical solutions are considered. The obtained results indicate that this innovative approach is effective in reducing errors of axisymmetric problems and can be employed for improving the accuracy in the context of the isogeometric analysis method. Innovated method of this research focuses on adaptive analysis and Network improving of axisymmetric problems in isogeometric analysis using error estimation methods based on stress recovery. For this purpose after calculation the energy norm، estimated value of error in the vicinity of control points is assigned to each rod as the thermal gradient. Thus after analyzing the hypothetical rods network under the temperature changes a new arrangement of control points and knot vectors can be obtained. The use of multi-cycle of this process in isogeometric analysis will lead to a better distribution of errors in the domain and thus achieve optimal network to calculate the integrals. To measure the efficiency of this method and demonstrate the increased carefully in axisymmetric problems، which has the analytical solution، two elasticity problem is evaluated. The results show that innovative network improving method has good efficiency to reduce the error rate and can be used to increase the accuracy of isogeometric analysis results. Innovated method of this research focuses on adaptive analysis and Network improving of axisymmetric problems in isogeometric analysis using error estimation methods based on stress recovery. For this purpose after calculation the energy norm، estimated value of error in the vicinity of control points is assigned to each rod as the thermal gradient. Thus after analyzing the hypothetical rods network under the temperature changes a new arrangement of control points and knot vectors can be obtained. The use of multi-cycle of this process in isogeometric analysis will lead to a better distribution of errors in the domain and thus achieve optimal network to calculate the integrals. To measure the efficiency of this method and demonstrate the increased carefully in axisymmetric problems، which has the analytical solution، two elasticity problem is evaluated. The results show that innovative network improving method has good efficiency to reduce the error rate and can be used to increase the accuracy of isogeometric analysis results.Keywords: Isogeometric Analysis, Control Point, Adaptive Analysis, Axisymmetric, Error Norm -
در این مقاله، به بررسی بار نهایی کمانش و رفتار پس کمانش نانولوله های کربنی تک جدارهتحت بار فشاری محوری در شرایط دمایی مختلف پرداخته شده است. بار نهایی کمانش در شرایط مرزی یک سر آزاد- یک سر گیردار و دو سر مفصل، و رفتار پس کمانش در شرایط مرزی دو سر گیردار مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا با بکارگیری مدل قاب فضایی، بار نهایی کمانش و مسیر پس کمانش برای نانولوله های آرمچیر و زیگ زاگ برای کایرالیتی ها و نسبت های طول به قطرمختلف محاسبه شده است. در این رهیافت پیوندهای بین اتم های کربن به مثابه عضو حامل نیرو توسط تیر الاستیک سه بعدی مدل می شود که خواص آن با ایجاد پیوند بین ساختار مولکولی و مکانیک محیط پیوسته بدست می آید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش نسبت طول به قطر و کاهش کایرالیتی، بار نهایی کمانش کاهش می یابد. همچنین مشاهده شده است که مسیر پس کمانش برای هر دو نانولوله آرمچیر و زیگ زاگ تقریبا یکسان است. در ادامه اثر دما روی بار نهایی کمانش مورد بررسی قرار گرفته است. ثوابت نیرویی و همچنین طول پیوند اتم های کربن در اثر تغییر دمای محیط، تغییر می کنند. همانطور که انتظار می رود، افزایش دما موجب کاهش بار نهایی کمانش می شود و مسیر پس کمانش نیز این روند کاهشی را طی می کند.
کلید واژگان: نانولوله های کربنی، کمانش، پس کمانش، حرارتی، عیب هندسی، دما، شبیه سازی عددی، مکانیک ساختاریStudy of the critical buckling load as well as post-buckling behavior of single-walled nanotubes (SWNT) under various thermal conditions is the subject of this article. For finding critical buckling loads the clamped-free and simply supported conditions are considered and for post-buckling analysis the boundary conditions are assumed to be clamped. A space-frame model is here employed for the zigzag and armchair nanotubes with different chiralities and aspect ratios. In this approach، the linkage between carbon atoms is modeled as three dimensional elastic beam. By establishing a linkage between structural mechanics and molecular mechanics، the sectional property parameters of these beam members are obtained. The obtained results indicate that، as it is expected، by increasing the aspect ratio of the nanotubes as well as chirality، the critical buckling load decreases. Also، it is noticed that the post-buckling behavior of both armchair and zigzag nanotubes are quite similar. In addition، the effect of temperature on the critical buckling load is investigated. Due to the influence of temperature over the linkage length and force field constants it is shown that when the temperature increases a decline in the critical buckling loads is observed.
Keywords: Carbon nanotubes, buckling, postbuckling, thermal, imperfection -
تحلیل ایزوژئومتریک یک روش عددی جدید در مدلسازی و آنالیز مسائل مهندسی است که انتظار می رود در آینده ای نه چندان دور بتواند جایگزین روش های عددی متداول نظیر اجزای محدود و روش های بدون المان گردد. اساس این روش فناوری نربز است که این امر باعث شده تا مدلسازی هندسه در این روش بدون تقریب صورت پذیرد. اما در روش های عددی وجود خطا در تقریب تابع مجهول امری اجتناب ناپذیر است. یافتن نقاطی که در آنها تنش بدست آمده از تحلیل ایزوژئومتریک از خطای کمتری نسبت به سایر نقاط برخوردار باشد، موضوع این پژوهش است. در این مقاله اثبات می شود که این نقاط بهینه تنش همان نقاط انتگرال گیری به روش گوس می باشند و محل آنها با توجه به مرتبه توابع شکل نربز، منطبق بر حداقل تعداد نقاط مورد نیاز جهت انتگرال گیری به روش گوس در تحلیل ایزوژئومتریک است. با استفاده از این نقاط برای هر مولفه تنش یک سطح بهبود یافته تشکیل می شود که جهت برآورد خطای ایزوژئومتریک مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور بررسی کارایی این نقاط بهینه تنش به مدلسازی سه مثال نمونه دارای حل تحلیلی پرداخته شده است. نتایج بدست آمده از این پژوهش صحت وجود این نقاط بهینه تنش را در محل حداقل نقاط مورد نیاز جهت انتگرال گیری عددی به روش گوس در تحلیل ایزوژئومتریک نشان می دهند.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، نقاط بهینه تنش، تنش بهبود یافته، برآورد خطا، تکنیک نربزAbstract Isogeomteric Analysis is a newly developed method with some features that can be considered as a potential substitute to other numerical methods such as finite elements and meshless approaches. The NURBS technique, that allows precise geometrical modeling, plays an important role in this method. However, similar to other numerical methods, existence of errors in the approximation of the unknown function is inevitable. This paper is devoted to finding points with higher accuracy in stress recovery by the isogeometric analysis. It can be shown that these points are coincident with the Gauss quadrature points. By making use of these superconvergent points together with the NURBS technique and the least square method, a surface is constructed for each component of the stress tensor that represents the improved stresses. For this purpose, three examples with available analytical results has been solved. The comparison of the obtained improved stresses with the exact solution is used for the sake of verification of the proposed method. It is concluded that the superconvergent points location in the isogeometric analysis are the same as the minimum required Gauss points for the integration of a square element.Keywords: Isogeometric Analysis, Superconvergent Points, Improved Stress, error estimationý, The NURBS Technique -
بررسی تاثیر نقاط فوق هم گرای تنش برای بهبود حل و برآورد خطا در تحلیل ایزوژئومتریک مسائل متقارن محوری
یکی از روش های برآورد خطا مبتنی بر بازیافت تنش در روش ایزوژئومتریک مسائل تنش مسطح، بر پایه استفاده از خاصیت نقاط فوق هم گرا گوسی بوده است. در این مقاله به توسعه این روش در تحلیل ایزوژئومتریک مسائل با تقارن محوری و بررسی تاثیر استفاده از این نقاط فوق هم گرا برای بهبود حل و برآورد خطای آن پرداخته شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش کارایی مناسب این نقاط بهینه تنش را در بهبود حل و برآورد خطای تحلیل مسائل متقارن محوری به روش ایزوژئومتریک نشان می دهند.
کلید واژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، مسائل متقارن محوری، برآورد خطا، بازیافت تنشA method for error estimation of isogeometric analysis of plane stress problems which is the based on stress recovery and using the super convergent properties of the Gauss points، has been already introduced. This paper is devoted to the development of the method and study of the effects of these supercovergent points on the solution improvement and error estimation of axisymmetric problems by the isogeometric analysis method. It is concluded that by using these optimal points for stress recovery and error estimation by isogeometric analysis a considerable improvement is attained.
Keywords: Isogeometric Analysis, Axisymmetric Problems, Error Estimation, Stress Recovery -
بهینه سازی شکل سازه های پوسته ای با توابع هدف و قیود مختلف از جمله قید تنش موضوع این مقاله است. برای مدلسازی شکل از توابع بی-اسپلاین استفاده شده است که امکان تولید هندسه هموار با هر شکل دلخواه را به کمک تعداد کمی از پارامترها فراهم ساخته و متغیرهای طراحی مسئله بهینه سازی را تشکیل می دهند. برای تحلیل سازه از روش اجزای محدود با المان پوسته چهار گرهی ویلسون استفاده شده است. برای یافتن شکل بهینه، در هر گام از مسئله بهینه سازی مراحل تولید شبکه اجزای محدود، تحلیل سازه، تحلیل حساسیت و به هنگام کردن مدل هندسی، به طور متوالی تا حصول همگرایی انجام می شود. بیشینه کردن سختی سازه با قید حجم مصالح و نیز کمینه سازی وزن سازه با در نظر گرفتن تنش فون میزس به عنوان قید از جمله مسائل طرح شده در این مقاله هستند. در هر دو نوع مسائل مختصه قائم نقاط کنترلی توابع بی اسپلاین به عنوان متغیر طراحی در نظر گرفته شده است و از روش برنامه ریزی ترتیبی درجه دوم (SQP) برای حل مسئله بهینه سازی استفاده شده است. از آنجا که استفاده از این روش مستلزم مشخص بودن مقادیر مشتقات توابع هدف و قید در مسئله بهینه سازی است، در هر گام، تحلیل حساسیت به روش تفاضل های محدود انجام شده است. شکلهای هموار حاصل از بهینه سازی و نیز نمودارهای همگرایی تابع هدف مثالهای ارائه شده، نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی در بهینه سازی شکل سازه های پوسته ای می باشد.
کلید واژگان: بهینه سازی شکل، پوسته های با شکل دلخواه، المان پوسته ویلسون، اجزای محدود، توابع بی، اسپلاینShape optimization of free form shell structures with different objective and constraint functions including the stress constraint is the subject of this article. To construct the geometry B-Splines are employed that allow generating smooth free form geometries with a small number of parameters which are considered as the design variables of the optimization problem. For analysis, the finite element method by using the Wilson’s quad shell element is employed. For shape optimization, in each step of the optimization process the mesh generation, finite element analysis, sensitivity analysis and geometry update steps are repeated until convergence. Maximization of the stiffness of structure with volume constraint and the minimization of the weight of structure with the von Misses stress constraint are the addressed problems of this article. In both kinds of problems, the applicates of the control points are considered as the design variables of the shape optimization problem and the sequential quadratic programming (SQP) is employed to solve the optimization problem. Since in this approach, the derivatives of the objective and constraint functions are needed, the sensitivity analysis is carried out in each step by the finite difference method. The quality and smoothness of the obtained results together with the convergence graphs of the presented examples are indicative of the usefulness and efficiency of the proposed approach for shape optimization of shell structures.Keywords: Shape optimization, Free form shell, Wilson element, Finite Element Method, B, Spline -
بررسی اثر محصورشدگی بتن بر عملکرد و رفتار لرزه ای سازه های پانلی که با روش قالب بندی ماندگار ساخته می شوند، موضوع این مقاله است. به این منظور چند مدل ساختمانی با ارتفاع های مختلف و آرایش یکسان دیوارها، با و بدون در نظر گرفتن اثر محصورشدگی (اثر اجرای المان های مرزی)، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای انجام مطالعات با به کارگیری نرم افزار PERFORM 3D، رفتار غیرخطی این سازه ها توسط اجزای محدود پوسته ای چندلایه ی دارای مقاطع الیافی مدل شد. در مدل اجزای محدود این مقاطع از دو نوع الیاف بتنی محصور شده و محصور نشده، برای مطالعه ی این اثر استفاده گردید. پس از مدل سازی و انجام تحلیل های غیرخطی، عملکرد هر یک از نمونه ها در دو سطح خطر تعیین شده و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که اجرای عناصر مرزی در این سیستم ها نه به طور چشمگیر بلکه تنها اندکی عملکرد لرزه ای را بهبود می بخشد؛ اما عامل محصورشدگی می تواند به طور قابل ملاحظه ای پارامترهایی چون نسبت شکل پذیری، بیشینه مقاومت محتمل و میزان اتلاف انرژی اعمال شده به سازه را افزایش دهد و رفتار لرزه ای این سیستم های سازه ای را بهبود بخشد.
کلید واژگان: طراحی مبتنی بر عملکرد، سیستم دیوار باربر، محصورشدگی بتن، مدل سازی رفتار غیرخطیStudy of the effect of confinement of concrete on the seismic performance and behavior of permanent shuttering concrete panel structures is the subject of this paper. For this purpose، a few building models with different heights، but similar planar layout of walls، with and without considering the effect of confinement، i. e. execution of boundary elements، are taken into consideration. For this study، the PERFORM 3D software is employed for the modeling of nonlinear behavior of these structures by the possibility of using a multi layer shell element with fiber sections. For finite element modeling of these sections two types of concrete fibers، confined and non-confined، are employed. After modeling and carrying out nonlinear analyses، performance of each of specimens at two different risk levels is determined. The obtained results indicate that although execution of the boundary elements in these structural systems does not considerably improve the seismic performance but the confinement is a major factor in improving some parameters such as ductility، the probable maximum strength and the loss of energy that have a positive influence on the seismic performance of the structure.
Keywords: Performance Based Design, Bearing Wall System, Concrete Confining, Modeling of Nonlinear Behavior -
بهبود تنش و برآورد خطا در تحلیل ایزوژئومتریک مسائل سه بعدیاولین روش برآورد خطا مبتنی بر بازیافت تنش در تحلیل ایزوژئومتریک مسئله های دو بعدی، بر پایه استفاده از خاصیت فوق همگرایی در نقاط گوسی، توسط حسنی و همکاران معرفی شد. در این مقاله به توسعه این روش در تحلیل ایزوژئومتریک مسئله های سه بعدی و بررسی تاثیر استفاده از این نقاط نمونه جهت بهبود حل و برآورد خطای آن پرداخته شده است. به منظور بررسی کارایی این نقاط بهینه تنش در برآورد خطای مسئله های سه بعدی به مدل سازی دو مثال نمونه دارای حل تحلیلی پرداخته شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش، کارایی مناسب این نقاط بهینه تنش را در بهبود حل و برآورد خطای تحلیل سه بعدی مسئله ها به روش ایزوژئومتریک نشان می دهد.
Stress Improvement and Error Estimation in Isogeometric Analysis of Three Dimensional ProblemsAn isogeometrical approach, based on using the superconvergent property of the Gauss integration points, for error estimation and stress recovery of two-dimensional problems was introduced by Hassani et. al. In this paper, the method is further developed to deal with the isogeometrical analysis of three-dimensional problems. To investigate the performance of the approach in using the optimal stress points, two 3D examples with available analytical solutions are taken into consideration. The obtained results are indicative of the good performance of the method in improvement of stress and error estimation of 3D problems in the isogeometric analysis method.Keywords: Isogeometric analysis, 3D problems, error estimation, stress recovery -
در این مقاله، روش بدون المان گلرکین برای تحلیل شکست مواد مرکب هدفمند که تحت بارگذاری حرارتی قرار دارد به کار گرفته شده است. همچنین ضریب شدت تنش مود I با استفاده از روش انتگرال J و همبستگی تغییر مکان ها محاسبه شده و تغییر خصوصیات فیزیکی مواد با کاربرد توابع پیوسته و یا مدل میکرومکانیک بیان شده است. در تحلیل شوک حرارتی، روش نیمه تحلیلی تجزیه مودی برای به دست آوردن توزیع دمای گذرا به کار رفته است. نتایج نشان می دهد که در زمان های ابتدایی اعمال شوک، مقدار ضریب شدت تنش به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و می تواند نقش مهمی در تحلیل گسیختگی این مواد ایفا نماید.
کلید واژگان: مواد مرکب هدفمند، روش بدون المان گلرکین، انتگرال J، روش همبستگی تغییر مکان ها، تنش حرارتیThe element-free Galerkin method which is enriched intrinsically is applied for fracture analysis of functionally graded materials under mode I steady-state and transient thermal loading. The stress intensity factors are evaluated by means of both equivalent domain integral and displacement correlation technique. Continuum functions and the micromechanical model are used to describe the distribution of material properties. For thermal shock analysis, the modal decomposition method which is a semi-discretization approach is implemented to obtain the transient temperature field. The accuracy of numerical results is verified using the available reference solutions. Also, few parametric analyses are performed to study the effect of material gradation on the stress intensity factors. The results imply that the magnitude of the stress intensity factor reaches to its peak at a short while after the thermal shock which indicates its significant role in the fracture failure.Keywords: Functionally Graded Materials, Element, Free Galerkin Method, Equivalent Domain Integral, Displacement Correlation Technique, Thermal Stresses
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.