به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب ناصر خاجی

  • علی فاخری کوزه کنان، ناصر خاجی*

    شناسایی و بررسی انواع آسیب ها در سازه یکی از موضوعات چالش برانگیز در حوزه مهندسی به شمار می رود. در این مقاله، ردیابی آسیب در سازه های دوبعدی، به عنوان یک مسئله ارزیابی غیرمخرب، با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته و کلاسیک به همراه روش بهینه یابی الگوریتم ژنتیک و گرگ خاکستری بررسی می شود. روش المان محدود توسعه یافته برای مدلسازی سازه ی حاوی ترک و حفره و روش بهینه یابی ژنتیک و گرگ خاکستری برای تعیین موقعیت آسیب استفاده شده است. روش المان محدود توسعه یافته ابزاری قوی برای تحلیل سازه ی حاوی آسیب بدون مشبندی مجدد است و بنابراین برای یک فرایند تکراری در تحلیل سازه مناسب است. همچنین در این مسائل به دلیل گسترده بودن پارامترها استفاده از روش های ریاضی بسیار پرهزینه است. به همین دلیل روش های فراابتکاری گسترش یافته اند، که روش های بهینه یابی گرگ خاکستری و ژنتیک از جمله این روش های رایج غیرگرادیانی هستند که برای حل مسئله ی معکوس مناسب است. این مسئله طوری تنظیم شده که الگوریتم بهینه یاب، مختصات آسیب موجود را با کمینه کردن یک تابع خطا براساس مقادیر اندازه گیری شده به وسیله ی حسگرهایی که روی سازه نصب شده اند، پیدا می کند. در نهایت، سه نمونه عددی نیز برای بررسی قابلیت و دقت روش پیشنهادی حل شده است.

    کلید واژگان: روش المان محدود توسعه یافته, مساله معکوس, الگوریتم فراابتکاری, شناسایی آسیب, روشهای بهینهیابی}
    A. Fakheri Kouzekanan, N. Khaji*

    Today, one of the important issues in the industry is the failure of parts due to the presence of holes or cracks. Among the numerical calculation tools, the classical and extended finite element method is known as the most useful numerical tools in solving engineering science problems. Identifying and investigating the types of cracks, flaws and cavities in structures is one of the most challenging issues in the field of engineering. In this article, the crack detection of two-dimensional (2D) structures using the extended finite element method (XFEM) along with genetic algorithm(GA) and grey wolf optimization method (GWO) to detect the existing crack and flaws by minimizing an error function which is also called as objective function that the evaluation of it, is based on difference between sensor measurements and suggested structure responses in each try of the algorithm.  Damage detecting in 2D domains, as a non-destructive evaluation problem, is investigated using the extended finite element method along with the optimization method of genetic algorithm and grey wolf. The extended finite element method has been used to model the structure containing cracks and holes in the abaqus program, and genetic optimization and grey wolf method have been used to determine the location of the damage in which the codes were in matlab program. The extended finite element method is a powerful tool for the analysis of structures containing cracks without remeshing and is therefore suitable for an iterative process in structural analysis. Also, in these problems, due to the wide range of parameters, it is not logical and rational to use mathematical methods. For this reason, meta heuristic methods have been developed, and grey wolf optimization methods and genetic algorithm are among these common non-gradient methods that are suitable for solving the inverse problem. This problem is set so that the optimizer algorithm finds the existing crack coordinates or holes coordinates by minimizing an objective function based on the values measured by the sensors installed on the structure. Among the limitations of the classical finite element method in the investigation of various problems in the field of fault and crack detection, we can point out the dependence of the crack or cavity on the finite element mesh, re-meshing and in other special cases the use of singular elements, which are completely removed by using The extended finite element. In this research, in order to identify the damage, the genetic optimization algorithm and the gray wolf have been used. These algorithms are designed in such a way to determine the characteristics of the damage by minimizing an error function. The defined error function is defined as the difference between the response obtained from the algorithm analysis and the response recorded in the main structure modeled in ABAQUS software, at the location of the sensors. Finally, three reference numerical examples have been solved to evaluate the capability and accuracy of the proposed method, and the result of the results shows a reduction in the cost of solving and an increase in the accuracy of the results.

    Keywords: Extended finite element Method, Flaw detection, Metaheuristic algorithms, Inverse problem}
  • امین غضنفری تهران*، ناصر خاجی، مهدی یزدانی

    در سال های اخیر، توسعه روش های عددی برای تحلیل لرزه ای سازه ها به عنوان یک موضوع تحقیقاتی مهم شناخته شده است. هدف از انجام این تحقیق، توسعه روش نیمه تحلیلی اجزای محدود مرزی مقیاس شده مجزا برای در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه است. در این تحقیق، روند حل مسایل اندرکنش دینامیکی خاک و سازه با استفاده از روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده مجزا برای اولین بار، توسعه یافته است. برای غیر درگیر کردن معادلات حاکم بر مسایل اندرکنش، یک فرض اولیه ترکشن بر روی مرز اندرکنش اعمال شده است. برای حل این مسایل لازم است که از دو نقطه مرجع جداگانه برای گسسته سازی محیط خاک و محیط سازه استفاده شود. بدین صورت که ابتدا محیط خاک با استفاده از روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده مجزا مورد تحلیل قرار گرفته، سپس از نتایج به دست آمده، برای تحلیل محیط سازه به کمک روش حاضر، استفاده شده است. در نهایت، به منظور بررسی صحت نتایج به دست آمده از روش حاضر، به حل چندین مثال عددی، با مقادیر متفاوت مدول الاستیسیته برای محیط خاک پرداخته شده است که نتایج به دست آمده در مقایسه با نتایج حاصل از روش اجزای محدود، حاکی از دقت و انعطاف پذیری بالای روش حاضر برای در نظر گرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه است. علاوه بر این، تعداد المان های مورد استفاده در روش حاضر به مراتب کمتر از تعداد المان های به کار رفته در روش اجزای محدود است که این امر منجر به کاهش هزینه های محاسباتی خواهد شد.

    کلید واژگان: روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده مجزا, اندرکنش خاک و سازه, تحلیل دینامیکی, حوزه فرکانس}
    Amin Ghazanfari Tehran*, Naser Khaji, Mahdi Yazdani

    Structures are subjected to different loadings during their lifetime. Most of these loads are time dependent and change over the time. Therefore, it is important to evaluate structures under dynamic loads. On the other hand, dynamic response of structures is affected by several factors that results in many complexities to structural analysis. Thus, numerical methods are used for seismic analysis of structures. In this article, a new semi analytical method with high efficiency is developed for soil-structure interaction (SSI) analysis, which is called decoupled scaled boundary finite element method (DSBFEM). This method has analytical solution in radial direction and uses a specific shape functions as the interpolation function in the circumferential direction. In addition, the boundaries of the problem are discretized by specific new non-isoparametric elements. In these elements, new special shape functions as well as higher-order Chebyshev mapping functions are implemented. For the shape functions, Kronecker Delta property is satisfied for displacement function, simultaneously. Moreover, the first derivatives of shape functions are assigned to zero at any given control point. In fact, to model the geometry of the problems, we consider a local coordinate origin (LCO) for transportation of the geometric characteristics of global coordinate and local coordinate. Consequently, using a form of weighted residual method and implementing Clenshaw-Curtis numerical integration, coefficient matrices of the system of equations are converted into diagonal ones, which leads to a set of decoupled partial differential equations for solving the whole system. This means that the governing partial differential equation for each degree of freedom (DOF) becomes independent from other DOFs of the domain. Due to the soil flexibility effect on structural responses, in this paper, SSI problem has been investigated considering different values of modulus of elasticity for soil domain. To achieve this, two different LCOs have been used to discretize the soil domain and the structure domain. Thus, a three-step algorithm is proposed, which consists of: (1) considering an initial stress on the interaction boundary, (2) analysis of soil domain, and (3) analysis of structure domain. Therefore, after the initial assumption of stress on the interaction boundary, the soil domain will be completely analyzed by two-stage traction redistribution and the results on interaction boundary will be used as boundary conditions of structure domain. It should be noted that in the proposed algorithm, only one-stage traction redistribution will be used to analyze the structure domain. Finally, validity and accuracy of DSBFEM are fully demonstrated through some benchmark examples with different values of modulus of elasticity for the soil domain, and the results are compared with Finite Element Method (FEM). The results indicate that the proposed method has high accuracy and flexibility to consider the SSI effect, determine the resonant frequency and the maximum displacement amplitude of the structure. In addition, the number of elements used in the DSBFEM is much less than the FEM, which will lead to a reduction in computational costs.

    Keywords: Decoupled Scaled Boundary Finite Element Method (DSBFEM), Soil-Structure Interaction (SSI), Dynamic Analysis, Frequency Domain}
  • علی احمدی، ناصر خاجی*، ارسلان بذرافشان

    در نوشتار حاضر، رفتار لرزه یی مخازن جداسازی شده ی ذخیره ی آب، تحت اثر زلزله های با زمان تناوب بلند بررسی شده است؛ چرا که زمان تناوب نسبتا بالای مخازن مذکور باعث می شود در برابر زلزله های با دوره های تناوب بلند حساس باشند. برای این منظور، از روش نوینی به نام تحریک بحرانی، برای اولین بار استفاده شده است که در آن زلزله های بحرانی هر سازه با توجه به مشخصات و پارامترهای آن، تولید و به سازه ی موردنظر اعمال می شوند، تا بتوان عملکرد لرزه یی سازه ی موردنظر را در حین زلزله و پس از آن بالا برد. برای بررسی رفتار مخازن تحت زلزله های با دوره های تناوب بلند، از سه نوع مخزن پهن، متوسط و لاغر مجهز به دو نوع جداگرهای لاستیکی با هسته ی سربی و اصطکاکی پاندولی استفاده شده است که تحت اثر زلزله های بحرانی قرار گرفتند. با توجه به این مفهوم که زلزله های بحرانی (به عنوان بیشینه ی زلزله یی که در منطقه ی موردنظر برای مخازن مذکور ممکن است رخ دهد) بسیار بزرگ تر و قوی تر از زلزله ی اصلی خواهند بود، نتایج به دست آمده نیز نشان می دهند که استفاده از روش تحریک بحرانی، سبب بحرانی تر شدن مخازن می شود و استفاده از آن موجب درک بهتر عملکرد مخازن ذخیره ی آب در برابر بیشینه ی زلزله در منطقه ی موردنظر می شود.

    کلید واژگان: مخازن ذخیره ی آب, جداساز لرزه یی, روش تحریک بحرانی, زلزله های با دوره های تناوب بلند}
    A. Ahmadi, N. Khaji*, A. Bazrafshan

    In this paper, the seismic behavior of base-isolated water storage tanks under the effect of long-period earthquakes has been investigated; as relatively high period of these types of structures causes them to be sensitive against long-period earthquakes. In this regard, an efficient and new method called critical excitation method (CEM), is employed for seismic behavior of base-isolated water storage tanks, for the first time. In the CEM, it is tried to produce critical earthquakes for each structure based on its characteristics and parameters, and then apply them to the undertaken structure so that the seismic behavior of structures during and after the earthquake may be increased. To investigate behavior of base-isolated water storage tanks under long-period earthquakes, three types of broad, middle and slender storage tanks have been used, for which two types of isolators (i.e., lead rubber bearing (LRB) and friction pendulum system (FPS)) are equipped. In order to model seismic behavior of water storage tanks considering fluid-structure dynamic interaction effects, a simplified and practical model proposed by Haroun has been employed in this research. The base-isolated water storage tanks have been exposed to long-period earthquakes to magnify responses. In addition, in order to develop the CEM, it has been used to analyze base-isolated water storage tanks through modifying available matrices in the equation of motion, rewriting the required formulas and developing the necessary codes in MATLAB environment. According to the results obtained from this research for the specific cases considered, it was found that using energy dissipation systems has caused these structures to perform better. Moreover, by proposing the CEM, this method was investigated for the first time with regard to base-isolated water storage tanks. In addition to introducing the critical parameters of this method, it was found that using this method leads to critical conditions in base-isolated water storage tanks.

    Keywords: Water Storage Tanks, Seismic Isolator, Critical Excitation Method, Long-Period Earthquakes}
  • محمد هادی رضایی، ناصر خاجی*

    رسیدن به یک تخمین قابل اطمینان از حرکات زمین، ناشی از وقوع زلزله در یک ساختگاه مشخص، بدون داشتن شناخت صحیح از مکانیسم تولید امواج لرزه ای، عوامل ساختاری اثرگذار بر این امواج در مسیر انتشار، و شناخت شرایط فیزیکی و ویژگی های ساختاری محل ساخته شدن سازه ها میسر نخواهد بود. در این میان، مدل موانع ویژه که از مشهورترین روش های سینماتیکی شبیه سازی گسل زلزله می باشد، گسل را به عنوان مجموعه ای از ترک های دایره ای در نظر می گیرد. گسیختگی که به صورت افت تنش های موضعی در این ترک ها فرض می شود، عامل اصلی تولید امواج فرکانس بالا در این مدل است. یکی از ایرادات وارد بر این مدل، استفاده از دایره های یکسان است، که با خاصیت ذاتی زلزله مبنی بر تصادفی بودن این رخداد، فاصله چشمگیری دارد. از این رو، در این مطالعه سعی شده با پیشنهاد روش جدید چیدمان دایره ها با اندازه های متفاوت، که به عنوان گسیختگی های عامل تولید امواج لرزه ای می باشند، طیف های چشمه تولید شده را هرچه بیشتر به واقعیت نزدیک سازد. در روش پیشنهادی، دایره های با اندازه های متفاوت به صورت کاملا تصادفی در گسل قرار می گیرند، از مجموع طیف های تک تک دوایر گسیختگی، طیف چشمه لرزه زا تولید می شود. در انتها، نتایج طیف های تولیدشده برای گسل های با ابعاد متفاوت با مقادیر مشابه از مدل کلاسیک اولیه مقایسه می شوند.

    کلید واژگان: روش های سینماتیکی, مدل سازی گسل, مدل موانع ویژه, طیف چشمه زلزله, چیدمان دوایر با اندازه مختلف}
    MohammadHadi Rezaei, Naser Khaji

    In order to develop a reliable fault simulation process, there are three crucial parameters which needs to be accurately introduced. The mentioned parameters are seismic source specifications, wave propagation path, and seismic site effects. Relationships of strong ground motion attenuation are important for seismic hazard analysis at a specific site. Attenuation relationships may be obtained using two different approaches depending upon the region under study. In the first approach which is appropriate for regions with abundant records of strong ground motion, the statistical model can be used for developing the attenuation relationships employing regression techniques. The common required data for developing attenuation relationships consist of magnitudes, source-to-site distances, and peak ground characteristics. For regions such as California, Japan, and Taiwan, with sufficient data, these methods are suitable and have been successfully developed. Obviously, the validity and accuracy of these methods strongly depend on data sufficiency, the type of regression technique, and the classification of data. On the other hand, for the regions of limited records of strong ground motion, the first approach may not be appropriate and the application of physical models, as the second approach, will be necessary for successful predicting. In this approach, limited records are basically employed for the physical model calibration. These models usually have been developed in the context of the random vibration theory and the stochastic modeling approach. Among various seismic source specifications, a more physically realistic source model is the specific barrier model (SBM). The SBM is known as one of the most complete, simple, and self-consistent statement of the faulting process which is applicable in both "near-fault" and "far-field" regions. Consequently, the SBM may provide consistent ground motion simulations over the entire necessary frequency range and for all distances of engineering interests. The SBM is specifically more suitable for regions with poor seismological data-base and/or ground motions from large earthquakes with large recurrence intervals. An essential part of the seismological model used in this method is the quantitative description of the far-field spectrum of seismic waves emitted from the seismic source. Since shear (S) wave is primarily the main factor of earthquake damages, the application of stochastic approach of the SBM has almost been focused on the far-field S wave spectrum, in which two corner frequencies of observed earthquake are represented. The ‘two-corner-frequency’ shows two considerable length-scales of an earthquake source: a length-scale that quantifies the overall size of the fault that ruptures (e.g., the length L of a strike-slip fault) and another length-scale that measures the size of the subevents. Associated with these length-scales are two corresponding time scales: (1) the overall duration of rupture, and (2) the rise time. The SBM has a few main source parameters which have been calibrated to earthquakes of different tectonic regions. The SBM may be considered as a general idealization of the faulting process of an earthquake. For example, the SBM originally is an aggregate of some circular cracks which take place on the fault plane. In initial version of the SBM, the size of all cracks was assumed to be equal; however, the random nature of earthquake phenomenon leads to considering some modifications on such an assumption. In the present paper, a new method of so-called geometry packing is introduced to locate circular cracks of different radii in the fault plane. Using different size of circles is expected to result in more realistic model of earthquake source. In this method, the mentioned circles are set next to each other with no intersections between them. In other words, the proposed method guarantees the existence of barriers between of circular cracks of random radii. The aspect ratio of length to width (𝐿𝑊⁄) as an important parameter which effects on the number and arrange of circular cracks, is usually being ignored by recent modifications of the SBM. In other words, the mentioned methods usually use equivalent circular fault by radius of 𝑅𝐶 and the same area as rectangular fault, instead of the rectangular one. In this study, by using the fault’s geometry as the basis of calculations, the aspect ratio of the fault plane may effect on the number and arrangement of circular cracks in the model. Also, this method has capability to set specific size of circles in specified location of the fault, which may become useful in more complex future models. Afterwards, by using the proposed method, source spectra of different faults are investigated.

    Keywords: Kinematic Methods, Fault Modeling, Specific barrier model, Seismic Source Spectrum, Packing Method}
  • ابراهیم ترکان لو، ناصر خاجی*

    برخلاف روش های محاسباتی نرم که نتایجی تقریبی از یک مسئله معکوس ارائه می دهند، روش های محاسباتی سخت به دلیل یافتن نتایج نسبتا دقیق تر، در مسائل معکوس مهندسی به وفور استفاده می شوند. روش های منظم سازی یکی از ابزارهای رایج در رفع بدخیمی موجود در این گونه مسائل هستند. استفاده از این روش ها به سبب عدم نیاز به اطلاعات اولیه، در مسائل معکوس بسیار مورد توجه هستند. در این مقاله، روش مرسوم جهت برش زدن تعداد مدهای درگیر در پاسخ نهایی مسئله بررسی شده و یک روش جدید برای برش زدن مناسب تر این پارامتر در روش تفکیک طیفی ارائه شده است. استفاده از روش تفکیک طیفی نتایج قابل قبولی، به ویژه در مناطقی که تراکم و دقت داده کم باشد، ارائه می کند. در این مقاله، با استفاده از روش پیشنهادی، پاسخ ها در دو حالت داده دقیق و داده دارای خطا برای روش تفکیک طیفی محاسبه شده اند. روش تفکیک طیفی شبیه به روش تجزیه مقادیر تکین بوده که در حل مسائل مهندسی بسیار استفاده می شود. برای بررسی کارایی روش پیشنهادی، نتایج آن برای دو گسل مفروض در حالات دو بعدی و سه بعدی ارائه شده است. پاسخ های به دست آمده نمایانگر دقت مناسب روش در برش زدن پارامتر مربوطه حین انجام تحلیل معکوس است؛ بنابراین نگارندگان استفاده از این روش را در حل مسائل معکوس مربوط به گسلش پیشنهاد می کنند.

    کلید واژگان: حل معکوس, منظم سازی, تفکیک طیفی, تجزیه مقادیر تکین, پارامتر برش}
    Ebrahim Torkanloo, Naser Khaji *

    Despite of soft computing methods which makes an approximate answers of an inverse problem, hard computing methods makes more accurate answers. Therefore, the hard computing methods used more than soft computing mehods in this type of problems in engineering. Regularization tools is one of the methods to solve this type of problems. The purpose of regularization tools is replacing problem ill-conditioning with a well-posed problem, which can represent reliable responses. This methods are used in inverse problems and earthquake engineering because they did not need any prior information about fault and slip. In this research we proposed a new method for determination of suitable number of modes that involve in the final response that we call it truncating parameter. The method that we tried to examine its validity in this research was spectral decomposition of Green’s function. This method looks like singular value decomposition and can be categorize in regularization tools of solving inverse problems. Illustrative examples are solved to demonstrate the usefulness of the proposed inverse analysis method. Two examples are solved in two-dimensional faulting and one example solved in three-dimensional faulting. Using this proposed method, results of inverse analysis is satisfactory and shows that the proposed method is a reliable method and can be used for real cases. Thus the authors of this article suggest using this method in solving inverse problems of engineering.

    Keywords: Inverse Problem, Regularization, Spectral Decomposition, Singular Value Decomposition, Truncating Parameter}
  • محمد هادی رضایی، ناصر خاجی *
    هم زمان با پیشرفت نیاز جوامع به سازه های پیچیده تر، نیاز به شناخت بیشتر بارهای وارده برسازه به ویژه بارهای لرزه ای نیز گسترش می یابد. داشتن تخمینی قابل اطمینان از حرکات قوی زمین در یک ساختگاه مشخص، بدون داشتن شناخت صحیح از مکانیزم تولید امواج لرزه ای، عوامل ساختاری اثرگذار بر این امواج در مسیر انتشار، و شناخت شرایط فیزیکی محل ساخته شدن سازه ها میسر نخواهد بود. در این میان، مدل موانع ویژه که از مشهورترین روش های سینماتیکی شبیه سازی گسل زلزله می باشد، گسل را به عنوان مجموعه از ترک های دایره ای در نظر می گیرد. گسیختگی به صورت افت تنش های موضعی در این ترک ها فرض می شود، و توقف و شروع های مکرر گسیختگی، عامل اصلی تولید امواج فرکانس بالا در این مدل است. در این مطالعه سعی شده است با استفاده از مدل موانع ویژه به شبیه سازی چشمه گسل مولد زلزله لاکوئیلا در کشور ایتالیا اقدام شود، همچنین در سوی دیگر با استفاده از روابط کاهندگی مناسب منطقه تاثیرات مسیر انتشار امواج در مدل سازی لحاظ شود. در انتها نیز به کمک ضرب توابع انتقال لایه های سطحی خاک تاثیرات ساختگاه بر نتایج اعمال گشته و نتایج را قابل مقایسه با نتایج به دست آمده از زلزله مذکور ساخته است.
    کلید واژگان: روش های سینماتیکی, مدل سازی گسل, مدل موانع ویژه, طیف چشمه زلزله, زلزله لاکوئیلا}
    Mohammad Hadi Rezaei, Naser Khaji *
    Earthquakes are one of the most Terrible danger that are likely to cause heavy human losses and destroy entire civilization on scale of minutes. The more recent damaging events in Mexico City (1985 Mexico) in bam (2003 Iran) or Tohoku (2011 Japan) recall that so far little is known about earthquake physics that could prevent people from their deadly effects. To reduce casualties Decades of research involving numerous laboratories worldwide aim at investigating this large scale phenomenon and trying to understand how it triggers, propagates, and stops. A trusty physical modeling of strong ground motion requires to examine three crucial parameters of seismic source specifications, wave propagation path, and seismic site effects. A reliable physical modeling of strong ground motion requires to examine three crucial parameters of seismic source specifications, wave propagation path, and seismic site effects. Among various seismic source specifications, a more physically realistic source model is the specific barrier model or (SBM) for short. The SBM is specifically more suitable for regions with poor seismological data bank and/or ground motions from large earthquakes with large recurrence intervals. In order to simulate seismic ground motions from a specific earthquake source model in an efficient way, the stochastic modeling method has been widely used. An essential part of the seismological model used in this method is the quantitative description of the far-field spectrum of seismic waves emitted from the seismic source. Since shear (S) wave is primarily the main factor of earthquake damages, the application of stochastic approach of the SBM has almost been focused on the far-field S wave spectrum, in which two corner frequencies of observed earthquake are represented. The ‘two-corner-frequency’ shows two considerable length-scales of an earthquake source: a length-scale that quantifies the overall size of the fault that ruptures (e.g., the length L of a strike-slip fault) and another length-scale that measures the size of the subevents. Associated with these length-scales are two corresponding time scales: (1) the overall duration of rupture, and (2) the rise time. The SBM has a few main source parameters which have been calibrated to earthquakes of different tectonic regions. In this paper, it has been tried to simulate source, path and site of entire earthquake and compare the results of simulation with real earthquake. To this end SBM with uniform PDF for arrival time but different types of PDFs of subevent size used to simulate source. To investigate effect of PDFs of subevent size on the source spectra as well as earthquake spectra as result of simulation, uniform and fractal distribution along with classic distribution for subevent size are considered. In order to take into account, the effects of path of propagation, Geometric and inelastic Attenuation Compatible with center of Italy (L’Aquila region) have been used. Finally, to considering effect of the layers of soil (sediments) near surface on amplitude, period, duration and other characteristic of seismic waves, transfer function for linear wave propagation has been computed with the Thomson-Haskell matrix method. Transfer function in this method illustrate how a soil column with different layers attenuates and amplifies seismic waves as a function of frequency.
    Keywords: Kinematic methods, Fault modeling, Specific barrier model, Seismic source spectrum, Laquila earthquake}
  • محمدهادی رضایی، ناصر خاجی *
    ارتباط تنگاتنگ طراحی سازه ها در برابر زلزله با شناخت خصوصیات لرزه ای محل ساختگاه و برآورد زلزله طراحی در ساختگاه مورد نظر، دانش مهندسی را بر آن داشته تا گام در عرصه شناخت زلزله و عوامل ایجاد کننده آن گذارد و دانش لرزه شناسی را با دیدگاه ها و نیازهای مهندسی همگام سازد. بی شک رسیدن به پیش بینی قابل اطمینان از حرکات زمین، ناشی از وقوع زلزله در یک ساختگاه مشخص، بدون داشتن شناخت صحیح از سازوکار تولید امواج لرزه ای، عوامل ساختاری اثرگذار بر این امواج در مسیر انتشار و شناخت شرایط فیزیکی و ویژگی های ساختاری محل ساخته شدن سازه ها میسر نخواهد بود. مدل حائل های ویژه که از مشهورترین مدل های شبیه سازی زلزله است، گسل را به عنوان مجموعه ای از ترک های دایره ای در نظر می گیرد. گسیختگی به صورت افت تنش های موضعی در این ترک ها فرض می شود و توقف ها و شروع های مکرر گسیختگی، عامل اصلی تولید امواج فرکانس بالا در این مدل است. استفاده از دوایر یکسان و نیز استفاده از توابع چگالی احتمال با توزیع یکنواخت که به منظور ساده سازی های اولیه در مدل اولیه استفاده شده است، با خاصیت ذاتی زلزله مبنی بر تصادفی بودن این رخداد مغایرت دارد. از این رو، در این مطالعه سعی شده با پیشنهاد روش جدید استخراج توابع چگالی احتمال رسید امواج لرزه ای، توابع زمانی متناسب با موقعیت هر ایستگاه تولید شود. روند به دست آمدن توابع چگالی احتمال یاد شده مبتنی بر هندسه گسل و نیز موقعیت مکانی ایستگاه های گیرنده امواج می باشد که باعث می شود طیف های چشمه به دست آمده از شبیه سازی به واقعیت نزدیک تر شوند.
    کلید واژگان: گسلش, مدل سینماتیکی زلزله, مدل حائل ویژه, طیف چشمه زلزله, توابع زمانی}
    Mohammad Hadi Rezaei, Naser Khaji *
    A reliable physical modeling of strong ground motion is required to examine the three crucial seismic parameters: seismic source specifications, wave propagation path and seismic site effects, which are all very important in seismic source simulation. Among various seismic source specifications, a more physically based realistic source model is the specific barrier model (SBM). The SBM is specifically more suitable for regions with poor seismological data bank and/or ground motions from large earthquakes with large recurrence intervals. In order to simulate seismic ground motions from a specific earthquake source model in an efficient way, the stochastic modeling method has been widely used. An essential part of the seismological model used in this method is the quantitative description of the far-field spectrum of seismic waves emitted from the seismic source. Since shear wave is one of the main factors of earthquake damages, the application of stochastic approach of the SBM is focused for on the far-field shearwave spectrum, in which two corner frequencies of the observed earthquake are represented. The ‘two-corner-frequency’ shows two considerable length-scales of an earthquake source: a length-scale that quantifies the overall size of the fault that ruptures (e.g., the length of a strike-slip fault) and another length-scale that measures the size of the subevents. Associated with these length-scales are two corresponding time scales: (1) the overall duration of rupture, and (2) the rise time. The SBM has a few main source parameters which have been calibrated by the parameters of earthquakes of different tectonic regions.
    The SBM may be considered as a general idealization of the faulting process of an earthquake. For example, a uniform probability density function (PDF) of ‘arrival times’ is assumed in the SBM. In this paper, the effects of various PDFs of arrival times on the far-field source spectrum of the SBM are studied. For this purpose, direct simulations of ground motion records for an earthquake source, which have fractally-distributed subevent sizes, is used. So, in this research, a new non-uniform more realistic PDF of arrival times for seismic waves corresponding to the fault’s geometry is derived to reach desirable time functions. To this end, the appropriate PDF of arrival time is simply computed by making various zones on the fault, based on their distance from a given receiver on the ground surface. Therefore, a large number of points on the ground surface is chosen as receiver positions, for which the PDFs of arrival time are obtained. To divide the fault to various zones with the same distance from a given receiver, several spheres of the various radius are drawn, whose centers are located on the mentioned receivers. Consequently, a group of different curves is produced by the intersection of different spheres and the fault plane. All points in the region between the semi-parallel adjacent curves are considered to have the same distance from the receiver (the center of various spheres). This means that all points surrounded by two adjacent curves have equal chance to get to the receiver position. As a result, for creating the PDF of the arrival time of seismic waves, the chance of arriving seismic wave in specific time window should be determined, based on the above mentioned simple assumption. By changing distance parameter to time parameter, the PDF of the arrival time of seismic waves may be easily obtained. Afterwards, by using the proposed time functions, the effect of site position to the fault on source spectra, as well as the effect of distance of site to the fault on time functions, are investigated.
    Keywords: Faulting, Kinematic models of earthquake, specific barrier model, source spectra, time function}
  • مهدی یزدانی، ناصر خاجی*

    یکی از مهم ترین مسائل در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه هاست. بسیاری از سازه ها که ترک دارند، به صورت تحلیلی قابل حل نیستند؛ از این رو، حل مسائل مکانیک شکست با روش های عددی به یکی از مسائل مهم تبدیل شده است. نوشتار حاضر به توسعه ی یک روش نیمه تحلیلی جدید به نام روش معادلات مجزا پرداخته است، که در آن با استفاده از نظریه ی مکانیک شکست ارتجاعی خطی، ضرایب میدان ارتجاعی مجانبی نوک ترک، که به ضرایب سری ویلیامز شهرت دارند، محاسبه و با محاسبه ی 4 ضریب اول سری ویلیامز، میدان جابه جایی و تنش تقریب زده شده است. در ادامه، با تعریف دستگاه مختصات مرجع در نوک ترک و تعریف یک فرم جدید از بردار نیروهای گره یی، مسئله ی ترک در روش معادلات مجزا پیاده سازی شده و با حل دو مثال عددی، روش معادلات مجزا مورد صحت سنجی قرار گرفته است.

    کلید واژگان: روش معادلات مجزا, مکانیک شکست ارتجاعی خطی, سری ویلیامز, مسائل دوبعدی}
    M. Yazdani, N. Khaji *

    The existence of crack and notch is a significant and critical subject in the analysis and design of solids and structures. As most of cracked domain problems do not have closed-form solutions, numerical methods are the current approaches dealing with fracture mechanics problems. This study presents a novel application of the decoupled equations method (DEM) to model crack issues. Based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), the first four coefficients of the William's series for the crack tip's asymptotic elastic field are computed using the DEM. In this method, only the boundaries of problems are discretized using specific higher-order sub-parametric elements and higher-order Chebyshev mapping functions. Implementing the weighted residual method and using Clenshaw-Curtis quadrature result in diagonal Euler's differential equations. In the present method, the so-called local coordinate's origin (LCO) is selected at a point, from which the entire domain boundary may be observed. For the bounded domains, the LCO may be chosen on the boundary or inside the domain. Furthermore, only the boundaries which are visible from the LCO need to be discretized, while other remaining boundaries passing through the LCO are not required to be discretized. Consequently, when the local coordinates origin (LCO) is located at the crack tip, the geometry of crack problems is directly implemented without further processing. In fracture mechanics problems, the stress at the crack tip approaches to infinity, and hence the original DEM is not able to represent infinite stress at the crack tip, basically. To overcome this problem, a new form of force function is constructed to represent infinite stress at the crack tip, and the first four coefficients of the William's series are then computed. Validity and accuracy of this method is fully demonstrated through two benchmark problems. The results show that stress and displacement fields agree very well with the results of other methods. In addition, the coefficients of the William's series show good agreement with the results of existing methods available in the literature.

    Keywords: D?E?C?O?U?P?L?E?D E?Q?U?A?T?I?O?N?S M?E?T?H?O?D, L?I?N?E?A?R E?L?A?S?T?I?C F?R?A?C?T?U?R?E M?E?C?H?A?N?I?C?S (L?E?F?M), W?I?L?L?I?A?M?'S S?E?R?I?E?S, T?W?O-D?I?M?E?N?S?I?O?N?A?L P?R?O?B?L?E?M?S}
  • کاربرد روش المان محدود مرزی مقیاس شده در بررسی اثرات توپوگرافی بر امواج لرزه ای
    حسین موسیوند، ناصر خاجی
    وجود سطوح توپوگرافی نامنظم یکی از عوامل ایجاد پاسخ های لرزه ای پیچیده در سطح زمین می باشد. دلیل اصلی ایجاد پاسخ لرزه ای پیچیده، مسئله انعکاس و تفرق امواج در این سطوح است. در این مطالعه، با فرض اینکه زمین، همگن، همسانگرد و ارتجاعی باشد، نخست معادلات ریاضیاتی موج منتشر شده، با استفاده از روش المان مرزی محدود مقیاس شده بیان می گردد. این روش با ترکیب مزایای روش های المان محدود و المان مرزی توسعه یافته است. در این روش، فقط مرزهای محیط موردنظر به کمک المان های سطحی گسسته سازی می شود و نیازی به گسسته سازی درون قلمرو نیست. برخلاف روش المان مرزی، این روش نیازی به حل اساسی (یا تابع گرین) ندارد. سپس به کمک این روش، تحلیل های عددی برای تپه ها و دره هایی با اشکال هندسی مشخص در قلمرو فرکانس در اثر برخورد موج قائم SH برای اولین بار انجام می شود. نتایج حاصل از این تحلیل ها نشان می دهد که روش المان محدود مرزی مقیاس شده در مقایسه با سایر روش های عددی و تحلیلی، به نتایج مطلوبی منجر می شود.
    کلید واژگان: روش المان محدود مرزی مقیاس شده, انتشار امواج, اثرات توپوگرافی}
    APPLICATION OF SCALED BOUNDARY FINITE ELEMENT METHOD IN TOPOGRAPHIC EFFECTS ON SEISMIC WAVES
    Ground surface with irregular topography is one of the reasons of complex seismic responses, which are mainly due to the seismic wave scattering at ground surface. More investigation is needed for understanding the influence of wave scattering in specific places of ground surface. In this paper, the surface soil assumed homogeneous, isotropic, and elastic. At first, SH wave propagation equations in a two dimensional field by the scaled boundary finite element method have been presented. This method has been developed by combining advantages of the finite element and boundary element methods. In this method, only the boundary is discretized and no fundamental solution or Green's function is required. Then a semi-circular hill has been analyzed by using this method. The results of this analysis compared with other analytical and numerical methods and good agreement is achieved.
    Keywords: Scaled boundary finite element method, Wave propagation, Topography effects}
  • محسن میرزاجانی، ناصر خاجی *
    در این نوشتار، روش المان محدود موج به منظور مدلسازی انتشار موج تنش در میله ناهمگن ، خطی، ناهمسانگرد میکروپولار با سطح مقطع متغیر توسعه داده شده است. برای این منظور، معادلات روش المان محدود موج بر پایه نظریه الاستیسیته میکروپولار توسعه داده شده اند. برای میله میکروپولار دو نوع موج با سرعت های سریع و کند شناسایی شده است. در نظریه میکروپولار یک درجه آزادی دورانی علاوه بر درجات آزادی نظریه کلاسیک الاستیسیته در نظر گرفته شده است. روش پیشنهادی در این مقاله برای حل مسایل انتشار امواج و همچنین ضربه در میله میکروپولار با لایه های مختلف به کار برده شده اند. نتایج به دست آمده با استفاده از این روش با نتایج تحلیلی و/یا عددی موجود مقایسه شده اند که تطابق بسیار خوبی بین این نتایج بدست آمده است.
    کلید واژگان: نظریه الاستیسیته میکروپولار, روش المان محدود موج, انتشار امواج, میله میکروپولار, ضربه}
    Mohsen Mirzajani, Naser Khaji *
    In this paper, the Wave Finite Element Method (WFEM) is developed for modelling of stress wave propagation in one-dimensional problem of nonhomogeneous linear, anisotropic micropolar rod of variable cross section. For this purpose, the WFEM equations are developed based on the micropolar theory of elasticity. Two kinds of waves with fast and slow velocities are detected. For micropolar medium, an additional rotational Degree of Freedom (DOF) is considered besides the classical elasticity’s DOF. The method proposed in this paper is implemented to solve the wave propagation and impact problems in micropolar rods with different layers. The results of the proposed method are compared with some numerical and/or analytical solutions available in the literature, which indicate excellent agreements between the results.
    Keywords: Micropolar elasticity, Wave Finite Element Method, Wave propagation, Micropolar rod, Impact}
  • نوید مداحی، ناصر خاجی*
    روش های تشخیص خسارت لرزه اساس به دلیل بینشی که از رفتار دینامیکی کلی سازه می دهند، برای ارزیابی خسارت در سازه های بنایی، مورد استقبال هستند. با توجه به ناهمگنی و پیچیدگی رفتار سازه های بنایی که اکثرا ناشی از رفتار غیر خطی سطوح تماس می باشد، مدل سازی دقیق آن ها امری چالش برانگیز است. نظر به ماهیت ناپیوسته و مرکب سازه های مصالح بنایی، مدل سازی به روش المان مجزا یکی از روش های مناسب برای مدل سازی این گونه سازه ها، مخصوصا رفتار غیرخطی آن ها می باشد. بدین منظور در اولین گام در پژوهش حاضر، دیوارهای مصالح بنایی به روش ریزمدل سازی در نرم افزار 3DEC مدل سازی و رفتار غیرخطی آن با نتایج آزمایش های معتبر مقایسه و صحت آن مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به این که نرم افزار 3DEC قادر به محاسبه مستقیم فرکانس های اصلی سازه نیست، هدف بعدی، ارائه ی روشی برای استخراج غیرمستقیم فرکانس و پارامترهای رفتاری دینامیکی در محیط نرم افزار المان مجزا می باشد. نتایج روش پیشنهادی مذکور با نتایج تحلیل فرکانسی در روش المان محدود مقایسه و از صحت عملکرد آن اطمینان حاصل شد. در مرحله ی بعد، به منظور یافتن رابطه ی بین رشد ترک و خسارت در دیوار با رفتار دینامیکی، سازه تحت تاثیر سطوح خسارت مختلف قرار گرفت و در هر سطح خسارت، فرکانس های اصلی آن استخراج شدند. در انجام تحلیل ها، فرکانس به عنوان شاخص رفتار دینامیکی، و جابه جایی بالای دیوار به عنوان شاخص خسارت انتخاب شدند. بر اساس داده های تحلیل شده، علی رغم تغییرشکل کوچک سازه با افزایش سطوح خسارت، افت فرکانس نسبی قابل توجهی مشاهده می-شود که متناسب با رشد و ظهور ترک در سازه است.
    کلید واژگان: تشخیص خسارت, دیوار مصالح بنایی, روش المان مجزا, افت فرکانس}
    Naser Khaji *
    Dry-joint masonry structures are one of the oldest building techniques from ancient and historical masonry buildings. This method used in building of historical structures that are highly vulnerable today. Also in many masonry structures, mortar strength is affected strongly by duration of time and corrosion, so the structure behavior is more likely dependent on the dry-joint characteristics. To assess the existing damages of masonry walls, non-destructive dynamic-based methods are attractive tools as they are able to capture the global structural behavior. In micro-modeling method of this paper, masonry walls are represented by Distinct Element Method (DEM) as assemblies of units consist of block and mortar, which represent an idealization of their discontinuous nature governing their nonlinear mechanical behavior. Due to the heterogeneity and the complexity of the interface’s behavior between blocks and mortar, DEM seems to be the best-adapted to model this kind of structures, in particular for reproducing complex nonlinear post-elastic behavior. At the first step, micro-modeling strategy is used for masonry walls by DEM, and particularly post-elastic behavior is verified with valid experimental data. However, DEM does not directly obtain natural frequencies and mode shapes of the wall via a classic vibrational analysis. Therefore, the second objective of this study is to propose a technique to indirectly identify dynamic characteristics of masonry walls using DEM. The aim of the part is to check the capability of dynamic identification procedures, in the extraction of the dynamic characteristics of the masonry wall in the used DEM software. For this purpose, the dynamic behavior at low vibration levels of an existing masonry building subjected to forced hammer impact test, was investigated. By transforming data collected from dynamic response of the wall, from the time domain to the frequency domain, using Fast Fourier Transform (FFT), we can find natural frequencies from Fourier amplitude spectrum. The proposed technique is then validated by comparison with the results of modal analysis which was carried out using Finite Element Method (FEM). The dynamic characteristics of walls (i.e., natural frequencies and mode shapes) may change when different levels of damage are induced in the wall. The proper knowledge of these variations is a key issue in order to study the seismic demand and seismic performance of structures. Aiming at finding adequate correspondence between dynamic behavior and internal crack growth, several numerical simulations are performed, progressive damage is induced in the wall, and sequential structural frequency identification analysis is then performed at each damage stage. In this paper, frequency and drift are selected as dynamic behavior and crack growth indices, respectively. Quantifying the relative frequency drop shows, despite the shape does not vary significantly with increasing damage, there is a relation between frequency drop and damage variations, based on analyzed data. These properties are firstly modified in the elastic range, and then is developed in the inelastic range with increasing damages. It is also observed that while the failure mode of the wall is diagonal cracking, the in-plain vibration mode shapes are much affected by initiation of crack. On the other hand, modal properties of out-of-plane mode shapes undergoes fewer effects by the diagonal crack.
    Keywords: damage identification, masonry walls, Distinct Element Method, frequency drop}
  • محمد امین لیوانی، ناصر خاجی، پویا زکیان
    در این مقاله ردیابی ترک در سازه های دوبعدی، به عنوان یک مساله ارزیابی غیرمخرب، با استفاده از روش المان محدود توسعه یافته به همراه روش بهینه سازی اجتماع ذرات بررسی میشود. روش المان محدود توسعه یافته برای مدلسازی سازه ی حاوی ترک و روش بهینه سازی اجتماع ذرات جهت تعیین موقعیت ترک استفاده شده است. روش المان محدود توسعه یافته ابزاری قوی برای تحلیل سازه ی حاوی ترک بدون مش بندی مجدد میباشد، و بنابراین برای یک فرایند تکراری در تحلیل سازه مناسب است. همچنین، روش بهینه سازی اجتماع ذرات از روش های رایج غیرگرادیانی بوده که برای این مساله ی معکوس مناسب میباشد. این مساله طوری تنظیم شده که الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات، مختصات ترک موجود را با حداقل کردن یک تابع خطا بر اساس مقادیر اندازه گیری شده توسط حسگرهایی که بر روی سازه نصب شده اند، پیدا میکند. در نهایت، سه مثال عددی مرجع نیز جهت بررسی قابلیت و دقت روش پیشنهادی حل شده است.
    کلید واژگان: روش المان محدود توسعه یافته, آسیب یابی, مساله معکوس, بهینه سازی اجتماع ذرات, تحلیل ترک}
    M.A. Livani, N. Khaji, P. Zakian
    Damage detection of structures is an important issue for maintaining structural safety and integrity. In order to evaluate the condition of structures, many structural health monitoring (SHM) techniques have been proposed over the last decades. Major approaches of SHM are non-destructive in nature and are widely used for damage detection in engineering structures such as aerospace, civil and marine structures. The existence of damage in a structure may be traced by comparing the response of time-domain wave traveling in the structure at its present state with a base-line response. A difference from the base-line response is correlated to the damage location through estimation of time of arrival of the new peaks (scattered waves). Thus, by employing the wave based methods, presence of damage in a structure is detected by inspecting at the wave parameters affected by the damage. The wave parameters that are commonly used for damage detection are the parameters representing attenuation, reflection and mode conversion of waves due to damage. Although detection of flaws is extremely important for many industrial applications, current approaches are severely restricted to specific flaws, simple geometries and homogeneous materials. In addition, the computational burden is very large due to the inverse nature of the problems where one solves many forward and backward problems. For instance, conventional ultrasonic methods measure the time difference of returning waves reflected from a crack; however, for laminated composite plates, the ultrasonic wave would be partially reflected at the interface of two layers where no crack actually exists, and partially continues to propagate further where it eventually is reflected back by the true crack. Numerical methods employed in crack detection algorithms require the solution of inverse problems in which the spatial problem is often discretized in space using finite elements in association with an optimization scheme. The solution of these problems is not unique, and sometimes the optimization algorithm may converge to local minima which are not the real optimal solution. Moreover, they often require hundreds of iterations to converge considering the algorithm used in the process. On the other hand, an accurate detection of cracks requires the re-meshing of the finite element domain at each iteration of the optimization. This is a severe limitation to any numerical approach when the conventional finite element method is employed for crack modeling, as the re-meshing of a domain is often not a trivial task. This paper investigates crack detection of two-dimensional (2D) structures using the extended finite element method (XFEM) along with particle swarm optimization (PSO) algorithm. The XFEM is utilized to model the cracked structure as a forward problem, while the PSO is employed for finding crack location as an optimization scheme. The XFEM is a robust tool for analysis of structures having discontinuities without re-meshing. Therefore, it is an efficient tool for an iterative process. Also, the PSO is a well-known non-gradient based method which is suitable for this inverse problem. The problem is formulated such that the PSO algorithm searches crack coordinates in order to detect the existing crack by minimizing an error function based upon sensor measurements. This problem is a non-destructive evaluation of a structure. Three benchmark numerical examples are solved to demonstrate capability and accuracy of the XFEM and the PSO for crack detection of 2D domains.
    Keywords: Extended finite element method, Damage Detection, inverse problem, Particle Swarm Optimization, crack analysis}
  • سید رضامیراشرفی، ناصر خاجی*
    در تحقیق حاضر، یک روش تئوری پیشنهاد می شود که در آن، با استفاده از روش گره مشترک که مبتنی بر روش عددی المان محدود است، مدلهای دو بعدی و سه بعدی از چند نوع گسل برای در نظر گرفتن ناپیوستگی و پیدا کردن میدان لغزش گسل ها ارائه شده است. روند حل مساله تا رسیدن به میدان لغزش گسل، شامل دو بخش حل مستقیم و حل معکوس می باشد. در حل مستقیم، با اعمال لغزش های یکنواخت معلوم در گسل، جابجایی های سطح زمین بدست آمده و صحت آن ها با نتایج تحلیلی مقایسه شده است. در بخش حل معکوس، با استفاده از روش گره مشترک، ماتریس های اپراتور گرین بدست آمده اند. برای منظور کردن ناپیوستگی ها با این روش، فقط بردار بارگذاری اصلاح می شود و هیچ افزایشی در تعداد درجات آزادی اعمال نمیشود، و بنابراین ماتریس سختی کل سیستم بدون تغییر میماند. درنهایت، برای پیدا کردن رژیم لغزش گسل و تعیین ناحیه قفل شده، بعد از رفع تکینگی ماتریس های اپراتور گرین، حل معکوس بدست می آید. صحت سنجی مدل های حل معکوس نیز نتایج قابل قبولی را نشان می دهند، که حاکی از تعیین ناحیه قفل شده گسلها با دقت قابل قبول هستند.
    کلید واژگان: گسل, ناپیوستگی, روش المان محدود, گره مشترک, تابع گرین, ناحیه قفل شده}
    Reza Mirashrafi, Naser Khaji*
    In this paper, a theoretical approach is proposed, in which spatial distribution of the strength of interplate coupling between two faces of strike-slip faults is investigated in detail through the inverse analysis of synthesized geodetic data. Synthesized (or available) geodetic data representing free surface movements is implemented to determine the solution of undertaken inverse problem that computes slippage vectors’ rates. Analytical approaches for treatment of faults in crustal deformation analysis involve some limitations. One important limitation of these methods is idealization of uniform dislocation on a rectangular fault plane in a uniform medium or half space. In fact, the real source is more complex than that supposed in these models and thus only the first-order aspects of the source characteristics can be evaluated from a uniform dislocation model. Isotropic and homogeneous material properties are the main assumptions of these methods. The Finite Element Method (FEM) on the other hand, allows easy treatment of complex boundary shape (interface zone) and internal variations of material properties. The FEM can simulate source geometry flexibly, and is also able to regard geological regimes and various layered structures. The standard equations of inverse problems offer a straightforward way for finding slippage vectors at two faces of the considered fault. One of the new aspects of the current study is evaluation of Green’s Operator Matrix (GOM) by means of FEM. This concept enables us to overcome all limitations of traditional inverse methods. In other words, the Green’s functions are not only functions of interface’s geometry, but are also functions of some other parameters like far-field boundary conditions, and geological structures (various material properties) which are not regarded in the traditional analytical inversion analysis. To implement fault sliding in a continuum-based FEM program, Split Node Technique (SNT) as a simple and efficient method is applied. This method does not increase the number of Degree Of Freedom (DOF) and the global stiffness matrix of system remains unchanged, which is the major advantage of this method. Furthermore, no net forces or moments are induced on the finite element mesh. This method is a direct approach and does not need any iteration, which is a common feature of other methods (e.g., contact problem techniques, or interface/joint elements). The initial idea of SNT for simple one-dimensional element is developed to 2D and 3D domains in the present research. How to find the Green’s functions by the FEM? By applying unit slippage vectors in each DOF of the interface nodes, we can determine corresponding component of the GOM. As other common inversion problems, singularity of coefficient matrix is the main problem. This problem particularly emerges if the number of DOFs is too large. The numerical procedure does not fail algorithmically, however it returns a set of slippage vectors that are wrong, even though direct substitution back into the original equations results in acceptable free-surface deformations. Singular Value Decomposition (SVD) diagnoses precisely what the problem is. In some cases, SVD will not only diagnose the problem, it will also solve it. The approach in current research is based on kinematic modeling of seismological problem. In other words, we only investigate fault movement, not causes of the occurred movement. In this research, both forward and inverse steps are considered to completely solve the problem. The forward step is performed by applying the slip along the fault’s faces and determining the displacement at the ground surface. This step is done using the FEM, whose results are compared with the analytical ones to verify the forward step. In the inverse solution on the other hand, our goal is to reach fault slip field using of surface displacement obtained from the first step as input data. Here, using this technique, 2D and 3D models of different types of strike-slip faults are presented in elastic mode for splitting purposes. The final step is to verify the inverse solution obtained for all models, from which the coupled zones of the considered faults are determined with acceptable accuracies.
    Keywords: Fault, Discontinuity, Finite Element Method, Split node technique, Green's operator, Coupled zone}
  • پویا زکیان، ناصر خاجی*
    وجود عدم قطعیت مشخصات کمی یک سامانه (مانند بارگذاری یا ضریب ارتجاعی یک سازه)، امری اجتناب ناپذیر بوده و بنابراین اثرات آن همواره موردتوجه مهندسین بوده است. در این میان، روش های عددی نقش به سزایی در مکانیک محاسباتی تصادفی دارند، به خصوص برای مسائل کاربردی که حل تحلیلی ندارند. در این مقاله، به توسعه المان های طیفی مرتبه بالای خانواده لوباتو در روش المان محدود طیفی تصادفی برای تحلیل اتفاقی محیط های پیوسته دوبعدی و بررسی عدم قطعیت مصالح پرداخته شده است. اثر شبکه و مرتبه توابع درون یابی در پاسخ این سازه ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. علاوه بر این، معادله انتگرالی فردهولم ناشی از بسط کارهیونن لو توسط روش مذکور حل شده و اثر مرتبه المان و شبکه در آن ها نیز دیده شده است. روش مذکور نیازمند تعداد المان کمتری نسبت به روش المان محدود تصادفی استاندارد بوده و به ویژه در مسائل دینامیکی دارای دقت مناسب و ماتریس جرم قطری است. در ضمن، به کارگیری این المان های طیفی به همراه بسط کارهیونن لو و چندجمله ای های آشوبی، منجر به تسریع فرایند محاسبه شده که این امر مشمول حل عددی معادله انتگرالی فردهولم نیز می گردد. در این پژوهش، مثال های مبنای الاستواستاتیکی و الاستودینامیکی تحلیل شده، به بررسی دقت این روش و تاثیر پارامترهای مورد بررسی می پردازد. نتایج حاکی از نقش المان های مرتبه بالا در سرعت، دقت و کارایی تحلیل دینامیکی و استاتیکی محیط های پیوسته است.
    کلید واژگان: المان محدود طیفی, مکانیک تصادفی, چندجمله ای های آشوبی, بسط کارهیونن لو, تابع درون یابی لوباتو}
    Pooya Zakian, Naser Khaji *
    Uncertainty inherently exists in quantity of a system’s parameters (e.g., loading or elastic modulus of a structure), and thus its effects have always been considered as an important issue for engineers. Meanwhile, numerical methods play significant role in stochastic computational mechanics, particularly for the problems without analytical solutions. In this article, spectral finite element method is utilized for stochastic spectral finite element analysis of 2D continua considering material uncertainties. Here, Lobatto family of higher order spectral elements is extended, and then influence of mesh configuration and order of interpolation functions are evaluated. Furthermore, Fredholm integral equation due to Karhunen Loève expansion is numerically solved through spectral finite element method such that different meshes and interpolation functions’ orders are also chosen for comparison and assessment of numerical solutions solved for this equation. This method needs fewer elements compared to the classic finite element method, and it is specifically useful in dynamic analysis as supplies desirable accuracy with having diagonal mass matrix. Also, these spectral elements accelerate the computation process along with Karhunen Loève and polynomial chaos expansions involving numerical solution of Fredholm integral equation. This research examines elastostatic and elastodynamic benchmark problems to demonstrate the effects of the undertaken parameters on accuracy of the stochastic analysis. Moreover, results demonstrate the effects of higher-order spectral elements on speed, accuracy and efficiency of static and dynamic analysis of continua.
    Keywords: Spectral finite element, Stochastic mechanics, Polynomial chaos, Karhunen Loève expansion, Lobatto interpolation function}
  • ارسلان بذرافشان، ناصر خاجی

    در مقاله ی حاضر کاربرد روش تحریک بحرانی احتمالاتی برای تابع هدف جابه جایی در سیستم های چند درجه آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده می شود که حد بالای انرژی ورودی کل زلزله در واحد جرم می تواند یک معیار منطقی برای تخمین محدوده ی مجاز انرژی زلزله های مشابه احتمالی باشد؛ بنابراین می توان این حد را ثابت نگه داشته و در مقابل با تغییر در دامنه و محتوای فرکانسی تحریک، رکورد دیگری که تابع هدف انتخابی را بیشینه نماید، تولید نمود. با معرفی این حد به عنوان قید مسئله، روش تحریک بحرانی برای تولید شتاب نگاشت مصنوعی سازگار با سه مدل قاب برشی 8، 14 و 20 طبقه به کار گرفته می شود. به منظور نشان دادن کارایی روش، با استفاده از تحریک های بحرانی یافته شده و سه رکورد واقعی متناظر با سه مدل، به عنوان تحریک های بحرانی فرضی، تحلیل دینامیکی خطی انجام گرفته و کمیت های مورد علاقه، شامل بیشینه ی جابه جایی، دریفت و شتاب طبقات مورد مقایسه قرار می گیرند. نتایج نشان می دهد که شتاب نگاشت های مصنوعی ساخته شده می توانند تخمین قابل قبولی از رفتار سازه به دست دهند.

    کلید واژگان: تحریک بحرانی, فرآیند تصادفی غیرایستا, انرژی ورودی کل در واحد جرم, شتاب نگاشت مصنوعی}
    Arsalan Bazrafshan, Naser Khaji

    Considering the increasing use of dynamic analysis methods in structural design, the selection of appropriate design earthquake has been an important part of the design procedure. For intermediate and low importance structures, the design earthquake is typically provided by the seismic codes as a design spectrum. However, for important structures for which time-history analysis should be performed, the use of recorded ground motions as input is inevitable. On the other hand, the existing ground motions only show a small part of the reality. Experiences of past earthquakes indicate that sole reliance on existing data will never resolve all issues, and new damage problems have occurred recently. In order to overcome this problem, a new paradigm has to be used. The concept of “critical excitation” and the structural design based on this concept can become one of such new paradigms. In the present paper, the probabilistic critical excitation method is used to determine the critical excitations for three shear building models, which are modeled as MDF system. Selection of appropriate constraints is the main problem when using this method. It is shown that the upper bound of earthquake input energy per unit mass can be considered as suitable constraint for the critical excitation. This bound can be a reasonable benchmark to estimate the allowable range of possible energy in similar earthquake. Considering this bound as constraint, the method is used to determine the critical PSD functions and generating synthetic accelerograms. In order to demonstrate the effectiveness of the method, three real accelerograms are selected as benchmarks and linear dynamic analysis was conducted using these accelerograms and the generated critical excitations, and the key parameters of response including maximum displacement, drift and acceleration of stories are compared. Input base acceleration is defined as the product of an envelope function and a stationary Gaussian process with zero mean. Considering the sum of the mean-square interstory drift of the system as the objective function, the critical excitation problem is defined as follows: Given the mass, stiffness and the viscous damping matrix of a linear elastic MDOF system, as well as the envelope function, find the critical PSDF, so that the objective function is maximized under specific constraints. In order to solve this problem, first the constraints have to be selected. According to the concept of the constraints, there is no straight way to recommend a specific value of them. Thus that is very difficult to estimate that what value of one constraint is sufficient to make the final nonstationary input critical. Nevertheless, at least a reasonable assumption can be made for the ratio of constraints. Therefore, the method can be used to locate the rectangular function. Takewaki [1] by setting constraints on the acceleration and velocity time history of the ground motion determined an upper bound of total input energy per unit mass of a record for a damped linear elastic system. This bound is well defined by two curves that perfectly bound the actual input energy curve in the range of short and long periods. Investigations on the time-history of various ground motions indicate that even for the same level of energy bound for acceleration constraint, the maximum amount of actual energy is not constant. Moreover, this maximum value may occur in different periods. The upper bound of the total input energy for acceleration constraint can be used to estimate the possible range of energy in similar ground motions. This bound is only related to the area of the PSDF of excitation and the maximum value of it. These two parameters can define a class of ground motions that existing record is just one realization of them. As a result it is desirable to fix the upper bound of input energy and let the excitation to change in amplitude and frequency content in such a way that the objective function is maximized. By this mean, using a sample of ground motion, a synthetic accelerogram can be generated with the same upper bound but different energy content. In order to examine the effect of the critical excitations on the structures, a numerical simulation was carried out using the three typical shear building of 8, 14 and 20 stories. These buildings were designed as steel moment frames, using the ETABS commercial software, and then the mass and stiffness of stories were determined and the corresponding MDOF models were used for linear dynamic analysis. This study shows that the upper bound of the total input energy for acceleration constraint can be a reasonable benchmark to estimate the possible range of energy in similar earthquakes. This bound is only related to the area of the PSDF of excitation and the maximum value of it. By controlling these two parameters, the upper bound of input energy can be fixed and then by changing the amplitude and frequency content using the critical excitation method required accelerograms are determine so that the objective function is maximized. Comparison of linear dynamic analysis of three designed models under critical excitations and the corresponding actual records, which have been selected in such a way that the energy content of the record is the maximum in the natural frequency of the fundamental mode of structures, shows that the synthetic accelerograms can reasonably estimate the behavior of structures, including the maximum displacement, interstory drift and absolute acceleration of stories.

    Keywords: Critical Excitation, nonstationary random process, Total Input Energy per Unit Mass, Synthetic Accelerograms}
  • ارسلان بذرافشان، ناصر خاجی*
    جداسازی لرزه ای یکی از مناسب ترین ابزارهای مهندسی زلزله در زمینه کنترل غیرفعال می باشد. اگرچه این روش در ابتدا برای سازه های کوتاه مرتبه با رفتار روسازه نسبتا صلب توسعه یافت، با این حال، کاربرد آن در سازه های متوسط و بلند رو به افزایش است. کمترین نتیجه ای که جداسازی لرزه ای در سازه های بلند به همراه دارد، کاهش تغییرمکان نسبی جانبی (دریفت) طبقات به علت تغییرشکل مود نخست، به علاوه تامین یک مکانیزم استهلاک انرژی مناسب در کف ساختمان می باشد. برای حفظ کارآیی جداسازی، زمان تناوب سیستم جداساز باید به اندازه کافی بزرگ درنظر گرفته شود. چنین سازه ای ممکن است در برابر زلزله های پریودبلند آسیب پذیر باشد. در این مقاله، عملکرد لرزه ای سه مدل ساختمان برشی 8، 14 و 20 طبقه جداسازی شده، توسط دو نوع جداساز سربی-لاستیکی و آونگ اصطکاکی، تحت اثر زلزله های پریود بلند، مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ارتفاع، میزان اثرپذیری سازه از زلزله های پریود بلند بیشتر می شود و این حرکات قادرند نیاز جابجایی بالایی را به جداساز تحمیل کنند.
    کلید واژگان: ساختمان برشی, جداسازی لرزه ای, ساختمان های بلند, زلزله های پریودبلند}
    Naser Khaji*
    Base isolation systems may be considered as one of the most powerful tools of earthquake engineering pertaining to the passive structural vibration control technologies. It may enable a building or non-building structure to survive a potentially devastating seismic impact. Generally, it is thought that application of seismic isolation is limited to low- and medium-rise structures, and the use of isolation for high-rise buildings considered as impractical or unfeasible. However, existing examples of isolated high-rise buildings in Japan, also in Iran, suggest that these viewpoints clearly disagrees with the real state-of-practice that exists there. Since the 1995 Kobe earthquake, just fewer than 200 isolated high-rise buildings, ranging from 60 to 180 meters height, have been constructed in Japan. However, this strategy is still uncommon in most countries of the world. Implementation of base isolation can greatly decrease inter-story drifts and floor accelerations, which results in protection of building’s contents. As a result, high-rise buildings can be kept fully operational during the earthquake and also immediately occupiable just after the event. In other words, isolation can be adopted for the improved performance of high-rise buildings. To maintain the efficiency, the period of isolation system has to be considered between 4 and 7 seconds. Clearly, structures like this will be vulnerable to long period ground motions. Therefore, it is necessary to study the behavior of these structures under such earthquakes. Long-period ground motions can be divided into far-source and near-fault classes. Most far-source long-period ground motions were generated by large earthquakes and effective propagation paths. Therefore, far-source long-period ground motions are generally associated with offshore earthquakes in subduction zones. Near-fault long-period ground motions are generated mainly by rupture directivity effects in the vicinity of earthquake source faults,. They consist primarily of rupture directivity pulses, which can be damaging, especially when combined with site effects and basin edge effects. In this paper, three base isolated models of 8-, 14-, and 20-story shear buildings using isolator type of lead-rubber bearing (LRB) and friction pendulum system (FPS), under long-period ground motions are studied. A set of 14 long-period ground motions – 5 far-source long-period motions and 9 near-fault long-period motions – as well as 14 short-period ground motions were selected. Total earthquake input energy per unit mas was used as a measure to distinguish long-period motions so that those which had a significant input energy over the periods of 2 seconds were considered as long-period motions. For each model two isolators – LRB and FPS – were designed so that the design displacement and the period of systems were exactly the same. The isolators were designed carefully and all dimensions and parameters were checked to insure practicality of the design. Then nonlinear dynamic analysis was implemented to evaluate the response of the structures. Results show that in the cases that input motions are short-period, increasing the height of the structure doesn’t significantly affect the structure response and the isolation displacement are nearly the same. On the other hand, as the height of the structure is increased, its response due to the long-period ground motions becomes more significant, and these motions impose a great displacement demand in the isolation system.
    Keywords: Shear Buildings, Seismic Isolation, High, Rise Buildings, Long, Period Ground Motions}
  • مهدی یزدانی، ناصر خاجی*

    یکی از مسائل مهم در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه و اثرات آن در تحلیل و طراحی سازه ها یکی از مسائل مهم در تحلیل و طراحی سازه ها، وجود ترک و نقص در سازه و اثرات آن در تحلیل و طراحی سازه ها میباشد. بسیاری از مسائلی که دارای ترک هستند، به صورت تحلیلی قابل حل نیستند؛ از اینرو، حل مسائل مکانیک شکست با روش های عددی به یکی از مسائل مهم تبدیل گشته است. مقاله حاضر به توسعه یک روش جدید به نام روش معادلات مجزا در مسائل مکانیک شکست میپردازد؛ که در آن، با استفاده از نظریه مکانیک شکست ارتجاعی خطی، انتگرال J محاسبه گشته است. روش معادلات مجزا یک روش نیمه تحلیلی با ماتریس ضرایب قطری است. در این روش، تنها مرز مسئله با استفاده از توابع شکل مرتبه بالا و توابع نگاشت چبیشفی گسسته سازی میگردد. در این روش، با استفاده از روش باقیمانده های وزندار و روش انتگرالی کلینشا-کورتیز، معادلات دیفرانسیل اویلری به صورت مجزا ایجاد میگردند. در ادامه با تعریف دستگاه مختصات مرجع در نوک ترک و تعریف یک فرم جدید از بردار نیروهای گره ای، مسئله ترک در روش معادلات مجزا پیاده سازی گردیده و انتگرال J محاسبه گردیده است. در نهایت، با حل دو مثال عددی، روش معادلات مجزا مورد صحت سنجی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که روش معادلات مجزا دارای دقت مناسبی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی و عددی میباشد.

    کلید واژگان: روش معادلات مجزا, مکانیک شکست ارتجاعی خطی, انتگرال J, مسائل دوبعدی}
    Mahdi Yazdani, Naser Khaji

    The existence of crack and notch is a significant and critical subject in the analysis and design of solids and structures. As most of damage problems do not have closed-form solutions, numerical methods are current approaches dealing with fracture mechanics problems. This study presents a novel application of the decoupled equations method (DEM) to model crack issues. Based on linear elastic fracture mechanics (LEFM), the J-integral is computed using the DEM. In this method, only the boundaries of problems are discretized using specific higher-order sub-parametric elements and higher-order Chebyshev mapping functions. Implementing the weighted residual method and using Clenshaw-Curtis numerical integration result in diagonal Euler’s differential equations. Consequently, when the local coordinates origin (LCO) is located at the crack tip, the geometry of crack problems are directly implemented without further processing. In order to present infinite stress at the crack tip, a new form of nodal force function is proposed. Validity and accuracy of this method is fully demonstrated through two benchmark problems. The numerical results agree very well with the results from existing experimental results and numerical methods available in literature.

    Keywords: Decoupled equations method, Linear elastic fracture mechanics, J, Integral, 2D Problems}
  • ناصر خاجی، رضا بابایی، محمدتقی احمدی
    معادله حاکم بر انتشار امواج هیدرودینامیکی در مخازن سدها به هنگام وقوع زلزله، معادله هلمهولتز است. در حل معادله فوق برای رسیدن به توزیع واقعی فشار هیدرودینامیکی بر روی بدنه سدها، لازم است شرایط مرزی مخزن منظور شود. این شرایط عبارت اند از: مرز مشترک مخزن و سد (به عنوان ناحیه ی آغاز تحریک مخزن)، جذب بخشی از انرژی امواج مذکور توسط رسوبات کف، جذب بخش دیگری از انرژی امواج مذکور توسط مرز دوردست، و تشکیل امواج سطحی در مخزن. هدف از پژوهش حاضر، مدل سازی پدیده فیزیکی مذکور با استفاده از یک روش نیمه تحلیلی جدید به نام روش معادلات مجزا، در حوزه فرکانس است. در این روش فقط مرزهای مسئله با استفاده از المان های مرتبه بالای غیرایزوپارامتریک ویژه گسسته سازی می شود. با استفاده از چندجمله ای های مرتبه بالای چبیشف به عنوان توابع نگاشت، توابع شکل ویژه، روش انتگرال گیری عددی کلنشا -کورتیس، و همچنین روند تولید فرم انتگرالی با استفاده از روش باقیمانده های وزن دار، ماتریس های ضرایب دستگاه معادلات حاکم، قطری می گردد. به عبارت دیگر، معادله دیفرانسیل حاکم برای هر درجه آزادی مستقل از سایر درجات آزادی در فضای مسئله به دست می آید که این امر باعث کاهش قابل توجه حجم محاسبات نسبت به سایر روش های عددی می شود. در این پژوهش برای اولین بار با به کارگیری ابزارهای مذکور، معادلات شرایط مرزی مخزن سد در فضای محلی روش حاضر استخراج شده و روند اعمال آنها در حل مسئله بیان می شود. همچنین به منظور صحت سنجی، توزیع فشار هیدرودینامیکی وارد بر بدنه یک سد وزنی صلب محاسبه شده که در مقایسه با حل تحلیلی موجود از دقت قابل قبولی برخوردار است.
    کلید واژگان: روش معادلات مجزا, سد بتنی وزنی, فشار هیدرودینامیک, حوزه فرکانس, روش نیمه تحلیلی}
    Naser Khaji
    Dams as one of the most important structures are always exposed to various hazards such as earthquake. As dam failure may lead to financial damages and fatalities, it should be designed with most economical and accurate methods. An earthquake causes hydrodynamic pressure waves exerting on the dam. This is one of the important factors in design of dams that are always considered by consulting engineers. Helmholtz equation is the governing relation on the propagation of hydrodynamic pressure waves in dam reservoirs during an earthquake. In order to solve the Helmholtz equation to calculate hydrodynamic pressures on dams, the reservoir’s boundary conditions (BCs) should be taken exactly into account. The BCs include (a) the interface boundary of dam and reservoir (as initial zone of reservoir excitation), (b) bottom boundary (with partial absorption of wave energy by accumulated sediments), (c) upstream boundary (with radiation of another part of the wave energy from the reservoir), and (d) formation of surface waves in the upper boundary of the reservoir. The purpose of present study is to model the mentioned physical phenomena in the frequency domain, using a new semi-analytical method, called Decoupled Equations Method (DEM). In the DEM, only the domain boundaries are discretized by specific high-order non-isoparametric elements. The main features used for modeling of geometry and physics of the problem consists of: (1) high-order Chebyshev polynomials as mapping functions, (2) special shape functions of 2n_η+1 degree polynomials for (n_η+1)-node elements, (3) Clenshaw-Curtis quadrature, and (4) integral forms produced by weighted residual method. By using these features and their properties, coefficient matrices of the system of governing equations become diagonal. This means that the governing partial differential equation for each degree of freedom (DOF) becomes independent from other DOFs of the domain to be analyzed. Therefore, this reduction in space dimensions of the main problem may significantly reduce computational costs in comparison with other available numerical methods. In this study, for the first time in order to provide a solution by low costs to calculate the hydrodynamic pressure distribution on the gravity dams, the relations of reservoir’s BCs are derived in local coordinates by using of the DEM and, the process of applying derived equations is then expressed into the solution of Helmholtz equation. To verify this method, an example of this field is solved by using the DEM, where dam and its rigid foundation are excited by horizontal harmonic vibration. The obtained responses from the solution of this example indicates that the present method for modeling of the potential problems with natural boundary conditions under earthquake excitations, by considering propagation of hydrodynamic waves in the reservoir, show acceptable accuracy and feasibility in comparison with the available analytical solution. The results of the DEM should be developed for more general condition of dam-reservoir interaction, which include flexible concrete gravity dams with inclined dam-reservoir interaction boundary conditions along with partial absorption of wave energy by accumulated sediments. These features are being followed by the authors, and will be disseminated in new papers soon.
    Keywords: decoupled equations, rigid dam, hydrodynamic pressure, frequency domain, semi, analytical method}
  • ناصر خاجی، محسن میرزاجانی

    در این نوشتار، روش معادلات مجزا برای حل مسائل الاستودینامیک دوبعدی در حوزه ی بسامد با استفاده از تبدیل فوریه ی سریع توسعه داده شده است. برای این منظور، مرز فضای مسئله با استفاده از المان های مرتبه ی بالای غیرایزوپارامتریکپانویس{n o n-i s o p a r a m e t r i c h i g h e r-o r d e r e l e m e n t} ویژه گسسته سازی شده است. با استفاده از چندجمله یی های مرتبه ی بالای چبیشفپانویس{h i g h e r-o r d e r C h e b y s h e v p o l y n o m i a l s} به عنوان توابع نگاشتپانویس{m a p p i n g f u n c t i o n s}، توابع شکل ویژه، روش انتگرال گیری عددی کلنشا کورتیسپانویس{C l e n s h a w-C u r t i s q u a d r a t u r e r u l e}، و همچنین روند تولید فرم انتگرالی با استفاده از روش باقیمانده های وزن دارپانویس{w e i g h t e d r e s i d u a l m e t h o d}، ماتریس ضرایب در معادلات حاکم بر مسائل الاستودینامیک قطری شده است. این به آن معناست که معادله ی دیفرانسیل بسلپانویس{B e s s e l} حاکم برای هر درجه ی آزادی مستقل از سایر درجات آزادی در فضای مسئله به دست آمده است. برای اولین بار در این نوشتار، روش معادلات مجزا، که قبلا برای حل مسائل پتانسیل و الاستواستاتیک ارائه شده بود، برای حل مسائل الاستودینامیک دوبعدی در حوزه ی بسامد توسعه داده شده است. همچنین نتایج به دست آمده با استفاده از روش معادلات مجزا با نتایج سایر روش های عددی مقایسه شده است.

    کلید واژگان: مسائل الاستودینامیک دوبعدی, ماتریس ضرایب قطری, چندجمله یی های چبیشف, المان های غیرایزوپارامتریک, حوزه ی بسامد, دستگاه معادلات دیفرانسیل بسل قطری}
    N. KHAJI, M. MIRZAJANI

    M‌a‌t‌h‌e‌m‌a‌t‌i‌c‌a‌l m‌o‌d‌e‌l‌s c‌a‌n b‌e u‌s‌e‌d t‌o r‌e‌p‌r‌e‌s‌e‌n‌t p‌h‌y‌s‌i‌c‌a‌l p‌h‌e‌n‌o‌m‌e‌n‌a. H‌o‌w‌e‌v‌e‌r, m‌a‌t‌h‌e‌m‌a‌t‌i‌c‌a‌l m‌o‌d‌e‌l‌s m‌a‌y n‌o‌t e‌v‌a‌l‌u‌a‌t‌e p‌h‌y‌s‌i‌c‌a‌l m‌o‌d‌e‌l‌s s‌u‌f‌f‌i‌c‌i‌e‌n‌t‌l‌y. M‌a‌t‌h‌e‌m‌a‌t‌i‌c‌a‌l m‌o‌d‌e‌l‌i‌n‌g i‌s a‌n i‌m‌p‌o‌r‌t‌a‌n‌t s‌t‌e‌p i‌n e‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g a‌n‌a‌l‌y‌s‌i‌s, a‌n‌d m‌a‌n‌y n‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l m‌e‌t‌h‌o‌d‌s m‌a‌y b‌e u‌s‌e‌d f‌o‌r s‌o‌l‌v‌i‌n‌g a‌n‌d m‌o‌d‌e‌l‌i‌n‌g p‌h‌y‌s‌i‌c‌a‌l p‌h‌e‌n‌o‌m‌e‌n‌a, p‌a‌r‌t‌i‌c‌u‌l‌a‌r‌l‌y e‌l‌a‌s‌t‌o‌d‌y‌n‌a‌m‌i‌c p‌r‌o‌b‌l‌e‌m‌s. T‌h‌e‌s‌e n‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l m‌e‌t‌h‌o‌d‌s h‌a‌v‌e a‌d‌v‌a‌n‌t‌a‌g‌e‌s a‌n‌d d‌i‌s‌a‌d‌v‌a‌n‌t‌a‌g‌e‌s. O‌n‌e o‌f t‌h‌e d‌i‌s‌a‌d‌v‌a‌n‌t‌a‌g‌e‌s o‌f t‌h‌e‌s‌e m‌e‌t‌h‌o‌d‌s i‌s t‌h‌a‌t t‌h‌e d‌i‌f‌f‌e‌r‌e‌n‌t‌i‌a‌l e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n‌s a‌r‌e c‌o‌u‌p‌l‌e‌d. I‌n t‌h‌i‌s p‌a‌p‌e‌r, a n‌e‌w s‌e‌m‌i-a‌n‌a‌l‌y‌t‌i‌c‌a‌l m‌e‌t‌h‌o‌d, c‌a‌l‌l‌e‌d t‌h‌e D‌e‌c‌o‌u‌p‌l‌e‌d E‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n‌s M‌e‌t‌h‌o‌d, i‌s d‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌e‌d f‌o‌r s‌o‌l‌v‌i‌n‌g t‌w‌o-d‌i‌m‌e‌n‌s‌i‌o‌n‌a‌l (2D) e‌l‌a‌s‌t‌o‌d‌y‌n‌a‌m‌i‌c p‌r‌o‌b‌l‌e‌m‌s i‌n t‌h‌e f‌r‌e‌q‌u‌e‌n‌c‌y d‌o‌m‌a‌i‌n. I‌n t‌h‌e f‌r‌e‌q‌u‌e‌n‌c‌y d‌o‌m‌a‌i‌n a‌p‌p‌r‌o‌a‌c‌h, F‌a‌s‌t F‌o‌u‌r‌i‌e‌r T‌r‌a‌n‌s‌f‌o‌r‌m (F‌F‌T) i‌s i‌m‌p‌l‌e‌m‌e‌n‌t‌e‌d t‌o t‌r‌a‌n‌s‌f‌o‌r‌m a t‌i‌m‌e d‌o‌m‌a‌i‌n p‌r‌o‌b‌l‌e‌m i‌n‌t‌o a f‌r‌e‌q‌u‌e‌n‌c‌y d‌o‌m‌a‌i‌n o‌n‌e. U‌s‌i‌n‌g s‌p‌e‌c‌i‌f‌i‌c n‌o‌n-i‌s‌o‌p‌a‌r‌a‌m‌e‌t‌r‌i‌c e‌l‌e‌m‌e‌n‌t‌s, t‌h‌e b‌o‌u‌n‌d‌a‌r‌y o‌f t‌h‌e p‌r‌o‌b‌l‌e‌m d‌o‌m‌a‌i‌n i‌s d‌i‌s‌c‌r‌e‌t‌i‌z‌e‌d. T‌h‌i‌s n‌e‌w m‌e‌t‌h‌o‌d i‌s b‌a‌s‌e‌d u‌p‌o‌n a s‌c‌a‌l‌e‌d b‌o‌u‌n‌d‌a‌r‌y f‌i‌n‌i‌t‌e e‌l‌e‌m‌e‌n‌t m‌e‌t‌h‌o‌d t‌h‌a‌t h‌a‌s b‌e‌e‌n d‌e‌v‌e‌l‌o‌p‌e‌d f‌o‌r s‌o‌l‌v‌i‌n‌g t‌w‌o a‌n‌d t‌h‌r‌e‌e d‌i‌m‌e‌n‌s‌i‌o‌n‌a‌l e‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g p‌r‌o‌b‌l‌e‌m‌s. B‌y e‌m‌p‌l‌o‌y‌i‌n‌g t‌h‌e a‌d‌v‌a‌n‌t‌a‌g‌e‌s o‌f n‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l m‌e‌t‌h‌o‌d‌s (s‌u‌c‌h a‌s S‌B‌F‌E‌M), a‌n‌d u‌s‌i‌n‌g h‌i‌g‌h‌e‌r-o‌r‌d‌e‌r C‌h‌e‌b‌y‌s‌h‌e‌v m‌a‌p‌p‌i‌n‌g f‌u‌n‌c‌t‌i‌o‌n‌s, s‌p‌e‌c‌i‌a‌l s‌h‌a‌p‌e f‌u‌n‌c‌t‌i‌o‌n‌s, t‌h‌e C‌l‌e‌n‌s‌h‌a‌w-C‌u‌r‌t‌i‌s q‌u‌a‌d‌r‌a‌t‌u‌r‌e r‌u‌l‌e, a‌n‌d i‌m‌p‌l‌e‌m‌e‌n‌t‌i‌n‌g a w‌e‌a‌k f‌o‌r‌m o‌f t‌h‌e w‌e‌i‌g‌h‌t‌e‌d r‌e‌s‌i‌d‌u‌a‌l m‌e‌t‌h‌o‌d, c‌o‌e‌f‌f‌i‌c‌i‌e‌n‌t m‌a‌t‌r‌i‌c‌e‌s o‌f g‌o‌v‌e‌r‌n‌i‌n‌g d‌i‌f‌f‌e‌r‌e‌n‌t‌i‌a‌l e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n‌s f‌o‌r e‌l‌a‌s‌t‌o‌d‌y‌n‌a‌m‌i‌c p‌r‌o‌b‌l‌e‌m‌s b‌e‌c‌o‌m‌e d‌i‌a‌g‌o‌n‌a‌l. T‌h‌i‌s f‌a‌c‌t r‌e‌s‌u‌l‌t‌s i‌n a s‌e‌t o‌f d‌e‌c‌o‌u‌p‌l‌e‌d B‌e‌s‌s‌e‌l d‌i‌f‌f‌e‌r‌e‌n‌t‌i‌a‌l e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n‌s t‌o b‌e u‌s‌e‌d f‌o‌r s‌o‌l‌v‌i‌n‌g t‌h‌e w‌h‌o‌l‌e s‌y‌s‌t‌e‌m. T‌h‌i‌s m‌e‌a‌n‌s t‌h‌a‌t t‌h‌e g‌o‌v‌e‌r‌n‌i‌n‌g B‌e‌s‌s‌e‌l d‌i‌f‌f‌e‌r‌e‌n‌t‌i‌a‌l e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n f‌o‌r e‌a‌c‌h d‌e‌g‌r‌e‌e o‌f f‌r‌e‌e‌d‌o‌m (D‌O‌F) b‌e‌c‌o‌m‌e‌s i‌n‌d‌e‌p‌e‌n‌d‌e‌n‌t f‌r‌o‌m o‌t‌h‌e‌r D‌O‌F‌s o‌f t‌h‌e d‌o‌m‌a‌i‌n. F‌o‌r e‌a‌c‌h D‌O‌F, t‌h‌e B‌e‌s‌s‌e‌l d‌i‌f‌f‌e‌r‌e‌n‌t‌i‌a‌l e‌q‌u‌a‌t‌i‌o‌n i‌s s‌o‌l‌v‌e‌d f‌o‌r a s‌p‌e‌c‌i‌f‌i‌c f‌r‌e‌q‌u‌e‌n‌c‌y. F‌i‌n‌a‌l‌l‌y, t‌h‌e t‌i‌m‌e h‌i‌s‌t‌o‌r‌y o‌f r‌e‌s‌p‌o‌n‌s‌e‌s m‌a‌y b‌e o‌b‌t‌a‌i‌n‌e‌d b‌y u‌s‌i‌n‌g I‌n‌v‌e‌r‌s‌e F‌a‌s‌t F‌o‌u‌r‌i‌e‌r T‌r‌a‌n‌s‌f‌o‌r‌m (I‌F‌F‌T). T‌h‌e p‌r‌o‌p‌o‌s‌e‌d s‌h‌a‌p‌e f‌u‌n‌c‌t‌i‌o‌n‌s h‌a‌v‌e t‌w‌o s‌p‌e‌c‌i‌f‌i‌c c‌h‌a‌r‌a‌c‌t‌e‌r‌i‌s‌t‌i‌c‌s: (a) T‌h‌e s‌h‌a‌p‌e f‌u‌n‌c‌t‌i‌o‌n‌s h‌a‌v‌e a K‌r‌o‌n‌e‌c‌k‌e‌r D‌e‌l‌t‌a p‌r‌o‌p‌e‌r‌t‌y, a‌n‌d (b) T‌h‌e‌i‌r f‌i‌r‌s‌t d‌e‌r‌i‌v‌a‌t‌i‌v‌e‌s a‌r‌e e‌q‌u‌a‌l t‌o z‌e‌r‌o a‌t a‌n‌y g‌i‌v‌e‌n n‌o‌d‌e. I‌n t‌h‌i‌s p‌a‌p‌e‌r, 2D e‌l‌a‌s‌t‌o‌d‌y‌n‌a‌m‌i‌c p‌r‌o‌b‌l‌e‌m‌s h‌a‌v‌e b‌e‌e‌n s‌o‌l‌v‌e‌d u‌s‌i‌n‌g t‌h‌e p‌r‌e‌s‌e‌n‌t m‌e‌t‌h‌o‌d a‌n‌d c‌o‌m‌p‌a‌r‌e‌d w‌i‌t‌h o‌t‌h‌e‌r n‌u‌m‌e‌r‌i‌c‌a‌l e‌x‌a‌m‌p‌l‌e‌s g‌i‌v‌e‌n i‌n t‌h‌e l‌i‌t‌e‌r‌a‌t‌u‌r‌e a‌n‌d/o‌r e‌x‌a‌c‌t a‌n‌a‌l‌y‌t‌i‌c‌a‌l s‌o‌l‌u‌t‌i‌o‌n‌s w‌h‌e‌r‌e‌v‌e‌r a‌v‌a‌i‌l‌a‌b‌l‌e.

    Keywords: 2D Elastodynamic Problems, Diagonal Coefficient Matrices, Chebyshev Polynomials, Non, Isoparametric Elements, Frequency Domain Analysis}
  • صالح حمزه جواران، ناصر خاجی *

    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.

    S. Hamzehei Javaran, N. Khaji

    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}
  • ناصر خاجی، مصطفی امینی
    زمین با سطوح توپوگرافی نامنظم، یکی از عوامل پاسخ های لرزه ای پیچیده است. دلیل اصلی ایجاد پاسخ لرزه ای پیچیده، مسئله انتشار و پراکنش امواج در این سطوح است. در این نوشتار، با فرض این که زمین مورد مطالعه، همسان گرد، همگن، و ارتجاعی است، نخست فرمول بندی امواج منتشرشده در یک میدان موج SH دوبعدی، با استفاده از روش المان مرزی مستقیم و به کمک بسط سری نیومن بیان شده است. سپس برای صحت سنجی برنامه ی توسعه داده شده در این پژوهش، تحلیل های عددی متنوعی برای دره ها و تپه هایی با شکل های مختلف ارائه شده است. لازم است گفته شود که مسئله ی بالا در قلمروی بسامد حل شده و با شکل های مختلف نیم دایره، مثلث و نیم بیضی بررسی شده است. نتایج به دست آمده از پژوهش با سایر جواب های تحلیلی و عددی موجود مقایسه شده است. مقایسه های انجام شده دقت روش پیشنهادی بوده و نشان می دهد که روش المان مرزی بر اساس بسط سری نیومن با در نظر گرفتن فقط دو جمله اول این سری، به نتایج مطلوبی منجر می شود.
    کلید واژگان: آثار توپوگرافی, بسط سری نیومن, روش المان مرزی مستقیم, انتشار امواج لرزه ای}
    N. Khaji, M. Amini
    It is well known that ground surface with irregular topographic features causes complicated seismic responses. The complex seismic response is mainly caused by wave scattering. In this study، for a homogeneous، isotropic، linearly elastic half-space، the formulation of a two-dimensional SH-wave field based on the direct boundary element method and Neumann series expansion is developed. By discretizing the ground surface to boundary elements، the boundary integral equation is formulated into a general matrix form. This general matrix form is then reduced to a more efficient form، which considerably reduces the size of the computational matrices using Neumann series expansion. For this purpose، a Fortran computer program is developed، whose accuracy and feasibility in the frequency domain is shown by some numerical analyses conducted for grounds with semicircular convex and concave، and symmetrical V-shaped canyon topographical configurations. Comparing the results of the present study with those available in the literature shows the accuracy of the present study by just considering two first terms of Neumann series expansion. The minor differences of the results of the present research with other reseach results may be assigned to the number of terms of Neumann series expansion and the order of used boundary elements. In other words، if the number of terms of Neumann series expansion and the order of used boundary elements incease، the accuracy of the numerical results may enhance. Based on the results of the present research for various parameters of different two-dimensional canyons، the following conclusions may be obtained: When the exciting frequency increases، the wave-length decreases. As a result، the violence effects of incident wave due to canyon effects may be significant for a given canyon. Moreover، the displacement field of various canyon points follows more complicated pattern. On the other hand، for smaller exciting frequencies with larger wave-lengths، the canyon effects as the main cause of disturbation source are not so remarkable، and the displacement field of various canyon points are smoother. The effects of incident wave angle is also remarkable on the disturbation patterns of displacement field of different canyon points. When the angle increases، the triangle canyons experience more complicated patterns compared to semicircular canyons. Analyses'' results show important effects of shape and depth of various canyons. These effects are more considerable when depth''s variations are remarkable in comparison with the wave-length of incident wave. Furthermore، the mentioned effects are functions of frequency and angle of incident wave.
  • ناصر خاجی، محمدحسین عرب
    اهمیت مخازن ذخیره سیال در زندگی امروزه به اندازه سیالاتی است که در زندگی شهری مورد استفاده قرار می گیرند. مطالعات گوناگونی بر روی این سازه های تاثیرگذار انجام شده است که از جمله این مطالعات تاثیر سیستم های کنترل بر پاسخ لرزه ای مخزن است. از میان سیستمهای مزبور، تیغه های میراگر به عنوان یکی از ابزارهای کنترل غیرفعال با هدف کاهش تاثیر امو اج تلاطمی بر پاسخ مخازن ذخیره سیال مطرح است. در این پژوهش، تاثیر تیغه های میراگر حلقویشکل، که در ارتفاع معینی از کف مخازن زمینی استوانهای نصب شده است، بررسی می شود. با در نظر گرفتن معادله لاپلاس به عنوان رابطه حاکم بر رفتار سیال و با استفاده از روش المان مرزی، آنالیز مخزن صلب در قلمرو فرکانس و زمان انجام شده است. سپس تاثیر تیغه میراگر بر فرکانس مود طبیعی (در قلمرو فرکانس) و برش پایه و لنگر واژگونی (در قلمرو زمان) تحت زلزله های ارزینکان و ال سنترو بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل از آنالیزهای مزبور، ملاحظه می شود که با قراردادن تیغه شاهد کاهش فرکانس مود طبیعی خواهیم بود. همچنین، تاثیر تیغه بر پاسخ تحریک ناشی از دو شتاب نگاشت یادشده به صورت افزایش ناچیز برش پایه و کاهش چشمگیر لنگر واژگونی بوده است.
    کلید واژگان: مخزن استوانه ای, تیغه میراگر حلقوی, روش المان مرزی, تلاطم سطح آزاد, تحلیل لرزه ای}
    Naser Khaji, Mohammad Hossein Arab
    Nowadays, fluid storage tanks are as important as fluids in urban life. The dynamic behavior of this important structure is different from common structures. Baffles as a passive control device can reduce the effects of sloshing which reduces the structural response to seismic excitation. In this study, the effect of baffles on seismic response of cylindrical vertical liquid storage tanks is investigated. The considered baffle is an annular plate with constant level from the base and constant inner diameter fixed on wall of the tank. Considering Laplace equation as the governing equation of fluid domain, and using boundary element method, a rigid tank is analyzed in the frequency and time domains. Afterwards, the baffle effects on natural frequency (in the frequency domain), and on base shear and overturning moment (in the time domain) due to El Centro and Erzincan earthquakes are investigated. Based on the results of mentioned analyses, it is observed that when the baffle is installed, the natural frequency of liquid domain reduces. Moreover, by installing the baffle, the base shear slightly increases whereas overturning moment remarkably reduces.
    Keywords: liquid storage tank, annular baffle, boundary element method, sloshing, seismic analysis}
  • مهران جوهر زاده، ناصر خاجی، اردشیر بحرینی نژاد
    در این تحقیق، با بهره گیری از شبکه های عصبی مصنوعی و ر وش المان محدود، تیرهای طرهایشکل آسیب دیده که دارای ترک های طولی هستند، مورد بررسی و سلامت سنجی قرار گرفته اند. رفتار غیرخط ی ترک ها (بازوبستهشدن آنها) در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است که بر اساس بررسی های انجام شده توسط نویسندگان، در ردیا بی ترک در سازه ها به کمک شبکه های عصبی مصنوعی، رفتار مزبور تاکنون مورد توجه محققان دیگر قرار نگرفته است. بر ای منظورنمودن اثرات غیرخطی ترک، از روش المان محدود استفاده شده است. تغییرات ایجاد شده در فرکانس های طبیعی مودهای مختلف ارتعاشی در اثر وجود ترک، به عنو ان داده های لازم در آموزش و آزمایش شبکه های عصبی مورد استفاده قرار گرفته اند. با ایجاد سناریوهای مختلف برای حالات تیرهای سالم و آسیب دیده (با موقعیت ها و شدت های ترک خوردگی مختلف) دو کلاس مشخص از شبکه های عصبی برای تعیین موقعیت و طول (شدت) ترکهای طولی در تیرها آموزش داده شده اند. نتایج حاصل از دو کلاس مزبور نشان می دهند که شبکه های آموزش دیده به صورت مطلوبی طول ترک را پیش بینی می کنند. همچنین ملاحظه می شود که پیشبینی شبکه های آموزش دیده برای تعیین محل ترک در حد قابل قبول بوده، که علل تقریبات وارده در این پیشبینی مورد بحث قرار گرفته است.
    کلید واژگان: سلامتسنجی ساز ه ها, تیر طره ای, شبکه عصبی مصنوعی, روش المان محدود غیرخط ی, باز و بسته شدن ترک}
    Joharzadeh, N. Khaji, A. Bahreininejad
    In this paper, using Artificial Neural Networks (ANNs) and Finite Element Method (FEM), health monitoring of damaged cantilever beams having longitudinal cracks is discussed. The main focus is devoted to the nonlinear behavior (breathing) of crack, which, to our knowledge, is taken into account in the crack detection of structures using ANNs, for the first time. Thus nonlinear behavior of crack is modeled using FEM.The changes in the natural frequencies (due to crack) of various vibration modes were implemented as input for training and testing of ANNs. By producing various scenarios for sound and damaged beams (with different damage location and severity), two specific classes of ANNs were trained to predict the location and length of longitudinal cracks. The Results showed a promising prediction for the length of cracks by the proposed methodology. Also a considerable approximation observed in the prediction of cracks location.
  • امیر حسین بحرانی، ناصر خاجی

    در تحقیق حاضر، روشی عددی برای تعیین ماتریس عملگرهای تابع گرین در گسل های درون صفحه ای عرضه می شود. با داشتن این ماتریس و معکوس آن، می توان از روی اندازه گیری های تغییرمکان های سطح زمین، میزان لغزش های گسل و محل این لغزش ها را برآورد کرد. با داشتن محل و میزان این لغزش ها، می توان محل وقوع زلزله های بزرگ آینده را پیش بینی کرد. برای در نظر گرفتن تغییرشکل های گسل ها در محاسبات المان های محدود، روشی ساده پیشنهاد شده است. در این روش ساده که «روش ماده نرم» نام گذاری شده است، می توان گسل را با یک المان کم ضخامت از ماده ای نرم (یعنی با ضریب ارتجاعی بسیار کم) برآورد کرد. این ماده، علاوه بر اینکه مانع پدیده هم پوشانی دو سطح مجاور می شود، تطابق خوبی با رفتار واقعی گسل دارد، به این معنا که از مقاومت سنگ های مجاور هم در دو سوی گسل که خرد شده و در آستانه لغزش هستند صرف نظر می کند. در این تحقیق، بدون درگیر شدن با مسئله غیرخطی تماس، دو سمت گسل به اندازه واحد جابه جا شده و نتایج به صورت جابه جایی سطحی روی سطح زمین اندازه گیری شده است. ابتدا مدل پیشنهادی با پاسخ های تحلیلی موجود مقایسه شده است و پس از اطمینان از دقت قابل قبول روش، گسل شمال تهران مدل شده و ماتریس عملگرهای تابع گرین آن به دست آمده است.

    This research presents a numerical tool to estimate the Green's function operator matrix of intraplate faults. Having this matrix and its inverse, spatial distribution of fault slippage could be investigated through the inverse analysis of geodetic data. This information could be employed to predict the location of future powerful earthquakes. To implement fault sliding in FE calculations, Soft Material Technique as a simple method is applied. In this technique, the fault is modeled by a flexible (very low elasticity modulus) thin element. This material not only prevents fault planes overlapping, but exhibits a good consistency with the physical behavior of fault. In other words, this material ignores the strength of neighboring rocks ready to trigger sliding. In this research, without involving the nonlinear contact problem, two sides of the fault are dislocated as one unit, and the ground surface deformation is measured.

  • شهرام احمدوند، ناصر خاجی*، مسعود سلطانی محمدی

    تحلیل جامع سازه های مصالح بنایی (از جمله بن اهای تاریخی مانند پل های قوسی(چالش های مهمی را در مقابل مهندسان طراح ایجاد می کند که شاید بتوان این چالش ها را به پیچیدگی های الگوهای خاص رفتاری به دلیل وجود ناپیوستگی ها و نیز تکنیک های ساخت و سازسنتی آنان نسبت داد در واحد های مصالح بنایی، بخش مهمی از تغییرشکلها به خاطر حرکت احتمالی بین بلو کهای تشکیل دهنده سازه می باشد روش تحلیلی المان مجزا، براساس نمایش صریح بلوک ها و درز ها، ابزار عددی قدرتمندی است که می تواند بیشتر به جزئیات اجزای معماری سازه های مصالح بنایی بپردازد. در این تحقیق، کاربرد روش المان مجزا در محیط های ناپیوسته متشکل ازمصالح بنایی مورد مطالعه قرار می گیرد که در آن از برنامه سه بعدی 3DEC استفاده شده است. بدین منظور و در ابتدا برای کسب اطمینان از عملکرد برنامه و تبیین رفتار مصالح بنایی در مدل های عددی المان مجزا، به حل و مقایسه نتایج مثالهای مختلف1 مصالح بنایی و سپس به مدل اصلی پل قوسی پرداخته می شود. در این تحقیق، با مطالعه عددی رفتارلرزه ای قوس های مصالح بنایی سنگی در یک مدل المان مجزا)با استفاده از تحلیل های تاریخچه زمانی (پاسخهای سا زه ای به دست آمده و فرآیند خرابی به شکل مناسبی شبیه سا زی شده است. در این شبیه سازی با یک رویکرد کلی به بررسی اثر زلزله بر روی قو سهای مزبور و نحوه بروز خرابی در آنها پرداخته می شود. یکی از شیوه های رایج بهسازی رفتار در شیبهای سنگی و تونل ها استفاده از تکنیک پس تنیدگی است. در این مقاله، ضمن بررسی امکان استفاده از این تکنیک برای مقاوسازی لر زه ای پل های قوسی مصالح بنایی، میزان کارایی آن برای این پل ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل های روش المان مجزا بیانگر قابلیت مناسب این روش برای مقاو سازی لر زه ای پل های قوسی مصالح بنایی است.

    کلید واژگان: مصالح بنایی, پلهای قوسی, مقاوم سازی لرزه ای, پس تنیدگی, روش المان مجزا}
    Sh. Ahmadvand, N. Khaji, M. Soltani

    Comprehensive Analysis of masonry structures (e.g, arch bridges as historical monuments) makes important challenges for design engineers, thanks to complexities of behavioral patterns of discontinuities as well traditional construction techniques. Main portion of deformations in masonry units is due to probable movements between masonry blocks. Discrete Element Method (DEM), based on explicit presentation of blocks and joints, is a powerful numerical tool which is able to consider more details on architectural elements of masonry structures. In this research, using 3DEC program, application of DEM in analysis of masonry discontinuous domains is studied. To verify the program, the behavior of some simple structural systems as well as that of some real structures is studied and then, main model of arch bridge is analyzed. In this research, using numerical studies of seismic behavior of masonry arch bridges, time-histories of structure response are obtained to be used in simulation of failure process of structure. Post tensioning method, as one of the common methods in rehabilitation of slopes and tunnels, is proposed for seismic rehabilitation of masonry arch bridges. The results of this research show the suitability of the proposed method for seismic rehabilitation of masonry arch bridges.

    Keywords: Masonry, arch bridges, seismic rehabilitation, post, tensioning, DEM}
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال