دکتر محمد کارکن
-
سد ها یکی از اجزاء حیاتی جوامع بشری و از سرمایه های مهم استراتژیک هر جامعه ای می باشند که نقش قابل توجهی در توسعه پایدار کشور دارند. در این پژوهش به ارزیابی خسارت ناشی از انفجار سد بتنی دو قوسی با توجه به سرعت و فرکانس متوسط ناشی از انفجار در میدان نزدیک پرداخته شده است. مدل ماده مورداستفاده در شبیه سازی عددی مواد منفجره، هوا، آب و بتن است که با نرم افزار LS-DYNA مدل سازی گردیده است. روش حل مسیله مورداستفاده جهت بارگذاری انفجار در مدل سازی LBE می باشد. با استفاده از این روش انتشار موج فشار ناشی از انفجار و یافتن نقاط بحرانی بدنه سد در مقابل انفجار موردبررسی قرارگرفته است. سپس با توجه به تغییر در عمق انفجار، فاصله از بدنه سد بتنی و بار انفجاری، پاسخ های ساختاری و ویژگی های خسارت سد در سناریوهای مختلف انفجار بررسی شده است. همچنین با استفاده از پارامترهای لرزش از قبیل حداکثر مجموع برداری سرعت ذرات (PVS) و میانگین فرکانس (MF) به ارزیابی و پیشنهاد طیف ترکیبی، به روشی جهت طراحی سد مقاوم در برابر انفجار و یافتن فاصله ایمن در مواقع بحرانی رسیده است. در پایان دو طیف PVS-MF پیشنهادی با لحاظ وزن خرج و فاصله آنها جهت دسته بندی بهینه و مفید خسارت سد، به صورت حالت جزیی، متوسط و شدید خسارت جهت ارزیابی اولیه و بحرانی پیشنهاد گردیده است.کلید واژگان: سد دو قوسی، انفجار، ارزیابی خسارت، LS-DYNA، PVS، MFDams are one of the vital components of human societies and one of the strategically important assets of any society with a significant role in the sustainable development of the country. In this research, the damage caused by the blast of a double curvature arch concrete dam has been evaluated according to the mean velocity and frequency caused by the blast in the near-field. The model of the material used is the numerical simulation include the explosives, air, water, and concrete, which has been modeled. The problem-solving method used to apply the blast in modeling is Load Blast Enhanced. Using this method, the propagation of the pressure wave caused by the blast and finding the critical points of the dam body against the blast have been investigated. Then, the structural responses and the dam damage characteristics in different blast scenarios have been investigated according to the change in the blast depth, the distance from the concrete dam body, and the blast load. Also, by using vibration parameters such as peak velocity summation (PVS) and mean frequency (MF), the combined spectrum has been evaluated and proposed as a way to design a blast-resistant dam and find a safe standoff distance in case of emergency. Finally, two PVS-MF spectra have been suggested according to the charge weight and their distance for optimal and useful classification of dam damage according to three modes: slight, moderate, and severe, for initial and critical evaluation.Keywords: LS-DYNA, Damage, Explosion, concrete arch dam
-
در این مقاله یک جزء مرتبه بالای هشت گرهی برپایه ی پاسخ تحلیلی معادله دیفرانسل حاکم، برای تحلیل سازه های دوبعدی پیشنهاد می گردد. رابطه سازی جزء پیشنهادی بر پایه ی تابعی درهم هلینگر-رایزنر و پاسخ تحلیلی معادله سازگاری حاکم بر مسئله های دوبعدی انجام می پذیرد. شایان ذکر است جهت رابطه سازی اجزای محدود با تابعی درهم هلینگر-رایزنر، نیاز به دو میدان مستقل تنش و جابجایی در درون جزء می باشد. برای این منظور ابتدا، با حل تحلیلی معادله سازگاری، تابع های تنش آیری در دسترس قرار می گیرد. با بهره جویی از این تابع های تنش، میدان تنش درون جزء به دست می آید. هم چنین، میدان جابجایی درجه دوم هم عامل هشت گرهی برای جابجایی درون جزء به کار می رود. با به کاربردن تابعی درهم هلینگر-رایزنر و ایستا کردن آن نسبت به میدان های مستقل تنش و جابجایی، ماتریس سختی و بردار نیروهای گرهی جزء در دسترس قرار می گیرند. در پایان با آزمون های عددی گوناگون، دقت و کارایی جزء پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها دقت بسیار بالای جزء پیشنهادی را در تحلیل سازه های دوبعدی به اثبات می رسانند.
کلید واژگان: اجزای محدود، تابعی هلینگر-رایزنر، جزء هشت گرهی، تحلیل استاتیکی، مسائل دوبعدیIn this paper, a high-order eight-node element based on the analytical response of the governing differential equation is proposed for the analysis of plane structures. The formulation of the proposed element is based on the Hellinger-Reisner mixed functional and the analytical response of the compatibility equation governing plane problems. It is worth noting that in order to formulate finite elements with the Hellinger-Reisner functional, two independent stress and displacement fields are required. For this purpose, Airy stress functions are first made available by the analytical solution of the compatibility equation. By utilizing these stress functions, the stress field within the element is obtained. Also, the quadratic displacement field of the isoparametric element is used for intra-element displacement. By applying the Hellinger-Reisner mixed functional and stationary of this functional relative to the independent stress and displacement fields, the stiffness matrix, and the element node force vector are made available. Finally, with various numerical tests, the accuracy and efficiency of the proposed element are evaluated. These tests prove the high accuracy of the proposed element in the analysis of plane structures.
Keywords: Finite Elements, Hellinger-Reisner Functional, Eight-Node Element, Static Analysis, Plane Problems -
Journal of the Structural Engineering and Geotechnics, Volume:11 Issue: 2, Summer and Autumn 2021, PP 43 -62In order to control seepage from the dam, various methods are used to reduce water seepage. One of the methods of reducing the permeability of the water according to its material is building cut-off walls and filling them with plastic concrete materials. In this study, it has been tried to study the mixing plan of the plastic concrete in the main body of the Nargesi dam’s cutoff wall and to determine the results of compressive strength and elasticity modulus of 108 panels of cut-off wall in different ages in this project. Due to the individual concreting of each panel from the cutoff wall, the results of the plastic concrete panels at runtime are somewhat different. Due to the sensitivity of the plastic concrete to the dispersion of the results, considering that the cutoff wall should have a seamless function as well as the sensitivity of the concrete over time, it seems necessary to address this issue in an operational project. The results indicate that the growth rate of elastic modulus in a period of time is less than the growth rate of the compressive strength, and in other words, the plasticity of the concrete is changed less over time.Keywords: Compressive Strength, cut-off Wall, Elasticity Modulus, Empirical Relations, Plastic Concrete
-
خطرات متعدد اغلب بر روی پایداری سازه ها اثر می گذارد و هنگام طراحی و آنالیز سازه باید این نکته در نظر گرفته شود. با افزایش مقاومت لرزه ای سازه، مقاومت سازه در مقابل نیروهای دیگر نظیر نیروی انفجار نیز افزایش پیدا می کند. یکی از سامانه های متداول طراحی ساختمان ها در برابر بارهای جانبی استفاده از سامانه مهاربند ضربدری می باشد. استفاده از مهاربندهای ضربدری فولادی مجهز به میراگر اصطکاکی می تواند میراگری و جذب انرژی بیشتری در مقایسه با مهاربندهای ضربدری فولادی فاقد میراگر داشته باشد و در انفجارهای بزرگ رفتار بهتری از خود نشان دهد. در این مقاله تاثیر مهاربندهای ضربدری دارای میراگر اصطکاکی و فاقد میراگر اصطکاکی در عملکرد سازه بتنی در برابر نیروی انفجار مطالعه شده است. به این منظور جابه جایی و تغییرمکان نسبی طبقات در حالت های مختلف بارگذاری انفجار محاسبه گردیده است. درنهایت نتایج نشان دهنده تاثیر میراگر اصطکاکی در کاهش تغییرمکان جانبی و تغییرمکان نسبی طبقات می باشد؛ به طوری که در سازه با میراگر در مقایسه با سازه بدون میراگر، تغییرمکان جانبی و تغییرمکان نسبی طبقات به طور چشم گیری کاهش یافته است. مطالعات نشان می دهد اضافه کردن میراگر اصطکاکی به سازه باعث افزایش سختی سازه می شود، بنابراین، زمان تناوب سازه کاهش می یابد.کلید واژگان: بار انفجار، مهاربند ضربدری، میراگر اصطکاکی، openseesSeveral hazards often affect the stability of structures, and when designing and analyzing the structure, this should be considered. With increasing seismic strength of the structure, the strength of the structure increases against other forces, such as the explosion force. One of the most commonly used building design systems for lateral loads is the use of a cross bracing system. Using cross braces with friction damper can have more damping and energy absorption compared to cross braces without friction damper; it will behave better in big bangs. In this paper, the effect of cross braces with a friction damper and no friction damper on the performance of concrete structures against explosive force has been studied. For this purpose, the displacement and relative displacement of the floors in different modes of loading of the explosion have been calculated. Finally, the results show the effect of friction damper on reducing lateral displacement and relative displacement of the floors, so that in the structure with the damper compared with the structure without a damper, the lateral displacement and relative displacement of the floors significantly decreased. Studies show that adding a friction damper to the structure increases the stiffness of the structure, so the frequency of the structure is reduced.Keywords: Blast Load, Cross Brace, Friction damper, opensees
-
در این مقاله یک جزء دو گرهی برپایه ی نگره ی برشی مرتبه یکم (FSDT)، برای تحلیل ارتعاش آزاد و کمانش تیرهای چندلایه متقارن پیشنهاد می گردد. برای رابطه سازی جزء، میدان جایجایی از درجه سوم و میدان دوران آن نیز از درجه دوم انتخاب می شود. هم چنین کرنش برشی جزء نیز مقداری ثابت فرض شده است. با نوشتن کارمایه کل تیر و ایستا کردن آن نسبت به کرنش برشی، تابع های درون یاب برای میدان جابه جایی و دوران تیر به صورت صریح محاسبه می شود. شایان ذکر است که با کاهش ضخامت تیر، تابع های درون یاب جزء پیشنهادی، به تابع های درونیاب جزء اولر-برنولی تبدیل می شوند و مشکل قفل برشی در آن رخ نمی دهد. با بهره جویی از این تابع های درون یاب، ماتریس سختی تیر محاسبه می شود. در ادامه با نوشتن معادلات حاکم بر ارتعاش آزاد تیر، شکل صریح ماتریس جرم انتقالی و دورانی جزء پیشنهادی نیز محاسبه می شود. هم چنین، با بهره جویی از تابع های درون یاب، ماتریس سختی هندسی جزء نیز در دسترس قرار می گیرد. در پایان با آزمون های عددی پرشمار دقت و کارایی جزء پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. برای این منظور، تیرهای چندلایه متقارن با شرط های مرزی و نسبت طول به ضخامت گوناگون تحلیل می گردد. این آزمون ها نشان دهنده ی دقت بالای جزء در تحلیل ارتعاش آزاد و کمانش تیرهای چندلایه متقارن نازک و ضخیم می باشند. هم چنین، نبود مشکل قفل برشی در جزء پیشنهادی نیز به اثبات می رسد.
کلید واژگان: اجزای محدود، تیر، چندلایه، ارتعاش آزاد، کمانشIn this paper, a new 2-node element is proposed for free vibration and buckling analysis of symmetrically laminated beams. The element’s formulation is based on first order shear deformation theory (FSDT). For this aim, the deflection and rotation field of the element is selected from third and second order functions, respectively. Moreover, the shear strain is assumed to be constant along with the element. By establishing the total strain energy in the element and stationary with respect to shear strain, the explicit form of the shape functions of deflection and rotation fields of the proposed element, are obtained. It should be mentioned, by decreasing the element’s thickness, these shape functions are approach to the Euler-Bernoulli shape’s functions and the shear locking problem does not occurred in the element. By utilizing the obtained shape functions, the explicit form of the stiffness matrix are calculated for the element. On the other hand, by using the governing equation of the free vibration and buckling of the beam, the explicit form of the translation and rotary mass matrices, and geometric stiffness matrix of the element are obtained. Finally, several numerical tests fulfill to assess the robustness of the developed element. For this purpose, free vibration and buckling analysis of symmetrically laminated beams with different boundary conditions and aspect ratios, are performed. The results of the numerical tests demonstrate high accuracy and efficiency of the proposed element for free vibration and buckling analysis of laminated beams.
Keywords: finite element, laminated, beam, free vibration, Buckling -
بسیاری از سازه ها زیر اثر بار وارد بر آنها، دچار تغییر شکل های بزرگ می شوند. با توجه به تغییر هندسه سازه زیر اثر بار، برای تحلیل این گونه سازه ها نیاز به تحلیل غیر خطی هندسی می باشد. راهکار هم چرخشی، یکی از روش های کاربردی و عملی تحلیل غیر خطی هندسی است. هدف از این پژوهش، ارائه یک روش جدید هم چرخشی برای تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دوبعدی بر مبنای کرنش های کوچک می باشد. شیوه ی هم چرخشی، امکان جداسازی حرکت جسم سخت و کرنش های کوچک را برای جزء میله ای فراهم می آورد. بنابراین به دو دستگاه مختصات کلی و محلی نیاز است. برای کرنش های کوچک در دستگاه مختصات محلی، ماتریس سختی خطی جزء دو گرهی بکار گرفته شد. در ادامه، با نوشتن رابطه های هم چرخشی ماتریس انتقال برای این جزء استخراج می گردد. با بهره جویی از این ماتریس انتقال، ماتریس سختی مماسی و بردار نیروهای گرهی جزء در دستگاه مختصات کلی بدست می آید. در پایان با آزمون های عددی دقت شیوه ی پیشنهادی در تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دو بعدی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها، تایید کننده دقت بسیار بالای شیوه ی پیشنهادی در تحلیل غیرخطی هندسی سازه های خرپایی دو بعدی، می باشند.کلید واژگان: اجزای محدود، خرپای دو بعدی، روش هم چرخشی، تحلیل غیرخطی هندسیMost structures experience large deformations under applied loads. Due to the deforming of geometry of structures, geometrical nonlinear analysis is needed. The co-rotational method is a simple and practical technique for nonlinear geometrical analysis. In this technique, unlike other nonlinear methods, is supposed the strain of the element to be small. The aim of this research is to develop a new co-rotational method for geometrical nonlinear analysis of two-dimensional truss structures based on small strains. A co-rotational method makes the separation of rigid body motion and small strains possible for a truss element. Therefore, global and local coordinate systems are utilized. Linear stiffness matrix of two-node element is used for small strains in local coordinate systems. Then, by writing co-rotational equations, transformation matrix is introduced for this element. The transformation matrix is used to calculate tangential stiffness matrix and element node force vector in global coordinate systems. At the end, the accuracy of the proposed method is evaluated by numerical tests. These tests confirm high accuracy of the proposed element for geometrical nonlinear analysis of twodimensional truss structures.Keywords: Finite Element, Two, Dimensional Truss, Co, rotational Method, Geometrical Nonlinear Analysis
-
In this paper, the free vibration of the beam on elastic foundation is studied using finite element method. To this end, a two- node Timoshenko element is used for beam modeling. Each node in this element has a rotational and translational degree of freedom, which encompasses all four degrees of freedom. The displacement and rotational fields of this beam is selected from the third and the second order, respectively. Moreover, the shear strain of the element is assumed as a constant value. Interpolation functions for displacement field and beam rotation are explicitly calculated by employing total beam energy and it's stationary with respect to shear strain. Also, two-parameter elastic foundation model is used. In this method, the soil is modeled as a layer of Winkler springs with a shear layer on it. Next, by utilizing the interpolation functions, the stiffness matrices of beam and foundation, as well as their mass matrices are introduced; hence, the free vibration analysis on the elastic foundation is carried out. Finally, after conducting several tests, the high efficiency and accuracy of the proposed element is demonstrated.Keywords: Finite element, free vibration, Timoshenko beam, Pasternak, elastic foundation
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.