finite element method
در نشریات گروه فیزیک-
مجله فصل مشترک ها، لایه های نازک و سیستم های با بعد کم، سال هشتم شماره 1 (Summer-Autumn 2024)، صص 803 -810
در سال های اخیر، دستیابی به ظرفیت بالا برای انتقال داده ها به طور گسترده مورد توجه بوده است. با این حال، مانع اساسی برای تحقق این ظرفیت مطلوب، محدودیت های پراش نور در مواد دی الکتریک بوده است. یکی از رویکردهای موجود برای این موضوع، استفاده از موجبرهای نوری کوتاه برد است. برای این منظور، از پلاسمونیک استفاده می کنیم. زیرا توانایی غلبه بر حد پراش (در مواد دی الکتریک) را دارد. در این مقاله، از لایه های نانوموج پلاسمونیک استوانه ای بیضوی مبتنی بر نیکل استفاده می شود. نتایج این ساختار هدفمند که با روش المان محدود در برنامه شبیه ساز کامسول به دست می آید نشان می دهد که این رویکرد ظرفیت بیشتری برای محصور کردن میدان و به طور همزمان اتلاف کمتر دارد. در نتیجه، پلاسمون های سطحی می توانند برای بهبود انتقال داده ها مورد استفاده قرار گیرند.
کلید واژگان: موجبر- نانونیکل، پلاسمونیک، روش المان محدودJournal of Interface, Thin Film and Low Dimension Systems, Volume:8 Issue: 1, Summer-Autumn 2024, PP 803 -810In this article, a nickel-based elliptical cylinder plasmonic Nano-waveguide (NECPNW), layers is used to serve the coating purpose. The results of this purposed structure that are yielded by Finite Element Method in the COMSOL-multi-physics simulator program reflect that this approach has the capacity for more field confinement and simultaneously less dissipation. As a result, surface plasmons (SPs) can be utilized to improve data exchange. Our resulting has displayed that the proposed waveguide has a figure of merit over 35000, propagation length over 470 μm, and a normalized mode area of ∼〖10〗^(-3) by tuning the semi-major axis Ni nanowire, wavelength of incident light, and the thickness of the dielectric layers. Hence, proposed waveguide shows longer propagation length and better figure of merit than the similar plasmonic waveguides.
Keywords: Nickel, Nano-Waveguide, Plasmonic, Finite Element Method -
ساختارهای کوانتومی نیمه هادی به عنوان یکی از منابع پیشرفته در تولید نور می باشند و اعمال آلایش به آنها باعث تحول در خصوصیات الکترونی و الکترواپتیکی آنها می گردد، لذا بررسی خصوصیات آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در سالهای اخیر به عنوان یک موضوع پژوهشی نو و دارای کاربردهای فراوان مورد توجه دانشمندان و صنعتگران قرار گرفته است. در این مطالعه خصوصیات الکترونی و در نتیجه خصوصیات نوری دو نقطه کوانتومی کروی از جنس ایندیوم آرسناید درون کره کوانتومی گالیوم آرسناید مورد بررسی قرار گرفته است. برای رسیدن به این هدف ابتدا معادله شرودینگر در ساختارهای ذکر شده با روش المان محدود و تقریب جرم موثر مورد بررسی قرارگرفت و نتایج حاصله مانند ویژه توابع و ویژه مقادیر انرژی و سایر ویژگی های به دست آمده با نتایج حاصل از کارهای مشابه تحلیلی مقایسه شده است. سپس با تزریق مقادیر مختلف ناخالصی و استفاده از معادله خود سازگار پواسون - شرودینگر، اثر ناخالصی ها بر خصوصیات الکترونی و نوری ساختار مورد بررسی و با نتایج حاصل از حل معادله شرودینگر در شرایط حدی مقایسه گردید. نرم افزار استفاده شده در این بررسی کامسول می باشد. نتایج به دست آمده حاکی از تاثیر مقادیر ناخالصی آلاییده شده و شعاع های نانو ساختارهای درونی بر خصوصیات فیزیکی این نانو ساختار می باشد. بدین ترتیب با تغییر پارامتر های مطرح شده، امکان محاسبه اختلاف انرژی اولین حالت برانگیخته و حالت پایه فراهم می شود. محاسبات نشان می دهد که با توجه به این اختلاف انرژی امکان طراحی آشکارسازهای مادون قرمز با بازه نسبتا وسیع فراهم می شود.
کلید واژگان: آشکار ساز، کره کوانتومی، معادله خود سازگار، روش المان محدود، خصوصیات الکترونیSemiconductor quantum structures are one of the advanced sources in light production, and applying impurities to them causes changes in their electronic and electro-optical properties, so investigating their properties is of particular importance. The title of a new research subject with many applications has attracted the attention of scientists and industrialists. In this study, the electronic properties of a spherical quantum dot made of gallium arsenide and two spherical quantum dots made of indium arsenide inside the gallium arsenide quantum sphere have been investigated. First Schrödinger's equation was investigated in the mentioned structures by using finite element method and effective mass approximation. The obtained results such as eigenfunctions and energy eigenvalues and other physical properties have been compared with the results obtained from previous similar works. Then, the effect of impurities on the electronic properties by using the self-consistent Poisson-Schrödinger equation, has been obtained and compared with the results of solving the Schrödinger equation in boundaries conditions. The software used in this review is Comsol. The obtained results indicate that the effect of impurity and the radii of the internal nanostructures on the electronic properties of the nanostructure are significant. As a result, by changing the mentioned parameters, it is possible to calculate the energy difference between the first excited state and the ground state. Results show that according to energy difference, it is possible to design infrared detectors with a relatively wide range.
Keywords: Detector, Quantum Sphere, Self-Consistent Equation, Finite Element Method, Electronic Properties -
کف شناورها و قایق های پرنده بایستی با وجود سبک وزن بودن در مقابل بارهای ضربه ای نظیر ضربه سرعت پایین نیز مستحکم باشند. در مقاله حاضر، به بررسی رفتار دینامیکی ساختار پنل های متا- ساندویچی با هسته های مختلف تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین به روش تحلیلی وعددی خواهیم پرداخت. چهار نمونه هسته مختلف شامل لانه زنبوری، آگزتیک، مربعی و مثلثی از جنس پلی لاکتیک اسید تحت ضربه، یک پرتابه نیم کروی فولادی با شعاع 15 میلی متر با شرایط مرزی ثابت مورد بررسی قرار گرفته است. رفتار متقابل بین ضربه زننده با پنل متا- ساندویچ به کمک یک سیستم دو درجه آزادی جرم و فنر با استفاده از نرم افزار المان محدود همانند انسیس ورک بنچ مدلسازی شده است. بیشترین نیروی تماسی برخورد نیز به صورت تحلیلی و عددی با یکدیگر مقایسه می گردد و نتایج نشان دهنده تطابق خوبی میان این دو روش است. با توجه به اهمیت پارامترهای موثر در پاسخ دینامیکی ساختار پنل های ساندویچی اثر برخی پارامترها شامل سرعت و جرم ضربه زننده بر روی بیشترین نیروی تماسی برخورد، بیشترین جابه جایی و بیشترین تنش فون میسز به صورت عددی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دهنده این نکته است که اثرات سرعت ضربه زننده عامل مهم تری در افزایش وکاهش نیروی تماسی، جابه جایی، تنش فون میسز و زمان اعمال ضربه نسبت به جرم ضربه زننده است. در انتها نیز با مقایسه هسته های مختلف ارائه شده در این مقاله با یکدیگر، هسته آگزتیک برترین هسته از میان سایر هسته ها معرفی می گردد.کلید واژگان: پنل های متا- ساندویچی، متاموادمکانیکی، روش المان محدود، ضربه سرعت پایینHydrophysics Journal, Volume:8 Issue: 2, 2024, PP 159 -172The bottom of floats and flying boat should be strong against impact loads such as low velocity impact despite being light weight. In this article, we will investigate the dynamic behavior of the structure of meta-sandwich panels with different cores under low velocity impact loading using analytical and numerical methods. Four different core samples including honeycomb, auxetic, square and triangular made of polylactic acid under impact, a hemispherical steel projectile with a radius of 15 mm with fixed boundary conditions have been investigated. The interaction between the impactor and the meta-sandwich panel has been modeled using a two-degree-of-freedom mass and spring system using finite element software such as ANSYS Workbench. The maximum impact contact force is also analytically and numerically compared with each other and the results show a good match between these two methods. Considering the importance of the effective parameters in the dynamic response of the sandwich panel structure, the effect of some parameters, including the velocity and mass of the impactor, on the maximum contact force, the maximum displacement and the maximum Von Mises stress were numerically investigated and evaluated. The results show that impactor velocity effects are a more important factor in increasing and decreasing contact force, displacement, Von Mises stress and impact time compared to impactor mass. In the end, by comparing the different cores presented in this article, the auxetic core is introduced as the best core among other cores.Keywords: Meta-Sandwich Panels, Mechanical Metamaterials, Finite Element Method, Low Velocity Impact
-
بال یک شناور پرنده علاوه بر فشارهای آیرودینامیک تحت نیروهای ترکیبی هیدوردینامیک از طرف اسکی (ناشی از نشست و برخاست روی دریا) نیز می باشد. در حالت نشست نامتقارن، گشتاور خمشی اعمالی به اسپارهای بال یکی از مهمترین حالت های بارگذاری در طراحی سازه اسپار بال می باشد. در بال کامپوزیتی، بحرانی ترین بخش آن، اتصال فلنج به جان اسپار می باشد. در مدل سازی المان محدود بال کامپوزیتی واقعی که از تعدادی اسپار، ریب و اعضای دیگر تشکیل شده اند، اتصال فلنج به جان اسپار، به صورت ساده و بدون مدل سازی جزییات اتصال انجام می شود. در شبیه سازی تیر ساده، از تعداد شبکه و گره خیلی کمتری نسبت به شبیه سازی کامل استفاده می شود و نحوه اتصال فلنج به جان تیر مدل سازی نمی شود، لذا می بایست استحکام المان اتصال دهنده و نحوه طراحی و محاسبه رفتار آن مشخص شود. در این تحقیق، تحلیل اجزاء محدود اسپارهای بال یک شناور پرنده با سطح مقطعI با هندسه های متفاوت تحت انواع بارگذاری (مطابق استاندارد) برای حالت های مختلف عملکردی، انجام می شود. پس از آن بر اساس نتایج حاصل از تحلیل عددی، قواعد و دستورالعمل های کلی و ساده طراحی در خصوص نحوه اتصال فلنج به جان این اسپارها ارائه می شود. در پایان جهت صحه گذاری نتایج المان محدود، ساخت و آزمون یک نمونه تجربی نیز انجام گردیده است که مقایسه نتایج نشان دهنده تطابق بسیار خوبی می باشد.
کلید واژگان: روش المان محدود، تیر کامپوزیتی، عضو اتصال، جان، فلنجHydrophysics Journal, Volume:8 Issue: 2, 2024, PP 173 -185In addition to aerodynamic pressures, the wing of a flying boat is also subjected to combined hydrodynamic forces from the ski side (caused by landing and takeoff on the sea). In the asymmetric seating mode, the bending moment applied to the wing spars is one of the most important loading modes in the design of the wing spar structure. In the composite wing, the most critical part is the connection of the flange to the spar. In the finite element modeling of the real composite wing, which consists of a number of spars, ribs and other members, the connection of the flange to the web is done in a simple way without modeling the details of the connection.In this research, the finite element analysis of the wing spars of a flying boat with cross section I with different geometries under different types of loading (according to the standard) for different functional modes is performed. then, based on the results of the numerical analysis, general and simple design rules and guidelines are presented regarding how to connect the flange to the web of these spars.At the end, in order to validate the results of the finite element, an experimental sample has been built and tested, and the comparison of the results shows a very good match.
Keywords: Finite Element Method, Composite Spar, Connection Member, Web -
در این مقاله، تولید لایه های گرافن کم لایه با کیفیت بالا با استفاده از روش لایه برداری در فاز مایع مورد تحقیق قرار گرفته است. کاونده (پروب) پله ای با استفاده از نرم افزار کامسول طراحی شده است. دو شبه سنج (شبه سنج) قطر ظرف واکنش و فاصله نوک کاونده از کف ظرف در تولید گرافن مورد مطالعه قرار گرفته است. قطر ظرف های مورد استفاده 60، 75 و 85 میلی متر و فاصله نوک کاونده از کف ظرف نیز از 20 تا 50 میلی متر متغیر بوده است. در ابتدا به شبیه سازی اثر فشار صوتین در هر یک از سه ظرف پرداخته شد. بیش ترین اختلاف فشار صوتین به دست آمده در فرایند شبیه سازی 107×74/7 پاسکال برای ظرف دارای قطر 60 میلی متر و در فاصله 50 میلی متری نوک کاونده از کف ظرف به دست آمده است. نتایج طیف سنجی فرابنفش-مرئی نمونه ها نشان دهنده وجود گرافن بیش تر با قله 266 نانومتر است. با استفاده از قانون بیر-لامبرت غلظت گرافن تولیدشده تقریبا 13/0 گرم بر لیتر به دست آمده است. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز تولید گرافن کم لایه و با کیفیت مناسب را تایید کرده است. در پایان از تحلیل رامان برای مشخصه یابی نمونه ها استفاده شده است. نسبت I2D/IG حدود 02/1 به دست آمده است که تاییدی بر تولید گرافن کم لایه است.
کلید واژگان: گرافن، کاونده فراصدا، لایه برداری در فاز مایع، روش عناصر متناهی، فشار صوتیIn this article, the production of high-quality thin-layer graphene using the liquid-phase exfoliation method has been investigated. The step probe was designed using COMSOL Multiphysics. The diameter of the reaction vessel and the distance of the probe tip from the bottom of the vessel were studied in relation to graphene production. The diameters of the containers used were 60 mm, 75 mm, and 85 mm, while the distance of the probe tip from the bottom of the container varied from 20 mm to 50 mm. Initially, the effect of acoustic pressure in each container was simulated. The highest acoustic pressure difference obtained in the simulation was 7.74×10⁷ Pa for a container with a 60 mm diameter and a probe-to-bottom distance of 50 mm. The results of ultraviolet-visible spectroscopy of the samples indicated the presence of a higher amount of graphene, with a peak at 266 nm. Using the Beer-Lambert law, the concentration of the produced graphene was estimated to be approximately 0.13 g/L. SEM and TEM analyses confirmed the production of few-layer graphene with good quality. Finally, Raman spectroscopy was used for complementary characterization of the samples. The I₂D/I_G ratio was found to be approximately 1.02, confirming the successful production of few-layer graphene in this study.
Keywords: Graphene, Ultrasonic Probe, Liquid Phase Exfoliation, Finite Element Method, Sound Pressure -
پلاسمای جفت شده القایی چکیده (ICP) به طور گسترده در کاربردهایی مانند پردازش مواد و ساخت ادوات میکروالکترونیک استفاده می شود. با این حال، خواص الکترومغناطیسی آنها به طور کامل بررسی نشده است. بنابراین، ما شبیه سازی های المان محدود (2 بعدی)، وابسته به زمان را در این پژوهش انجام دادیم. نمودارهای میدان مغناطیسی، چگالی الکترون، و دما را برای گاز آرگون با اعمال توان متغیر 750 وات، 950 وات، 1100 وات و 1200وات انجام داده ایم. در یک مطالعه مقایسه ای، اثر تغییر توان ورودی بر پارامترهای پلاسما بررسی شد و نتایج مربوطه نشان داده شد. نشان داده شد که با افزایش توان، چگالی الکترون و دما در محفظه کار افزایش می یابد. در ادامه، با توان ثابت 1200 وات به عنوان یک توان بهینه شده، تاثیر جابجایی موقعیت سیم پیچها و کاهش ضخامت لایه دی الکتریک بر شار میدان مغناطیسی، چگالی الکترون و دما بررسی شد و نشان دادیم که با تغییر مکان سیم پیچها، شار میدان مغناطیسی، چگالی الکترون و دمای راکتور تغییری نمی کند.اما با کاهش ضخامت لایه دی الکتریک شار میدان مغناطیسی، چگالی الکترون، و دما به مقدار ناچیزی کاهش می یابد.کلید واژگان: واکنش شیمیایی، دمای بالا، پلاسمای جفت شده القایی، روش اجزای محدود، دمای الکترونInductively coupled plasma (ICP) is widely used in applications such as material processing and microelectronic device fabrication. However, their electromagnetic properties have not been fully investigated. Therefore, we performed time-dependent (2D) finite element simulations in this study. We have made profiles of magnetic field, electron density, and temperature distribution for argon gas by applying variable power of 750 W, 950 W, 1100 W and 1200 W. In a comparative study, the effect of input power change on plasma parameters was investigated and the relevant results were shown. It was shown that with increasing power, the electron density and temperature in the working chamber increase. In the following, with a constant power of 1200 watts as an optimized power, the effect of changing the position of the coils and reducing the thickness of the dielectric layer on the magnetic field flux, electron density and temperature was investigated and we showed that by changing the position of the coils, the magnetic field flux, the electron density and the temperature of the reactor do not change. However, with the decrease in the thickness of the dielectric layer, the magnetic field flux, the electron density, and the temperature decrease to an insignificant amount.Keywords: chemical reaction, high temperature, inductively coupled plasma, finite element method, electron temperature
-
In this article, we investigate the effect of frequency as one of the important factors in the three-dimensional process of induction heating through numerical modelling. Induction heating is the process of heating electrically conductive materials by electromagnetic induction, which induces an eddy current within the material. Using the finite element method (FEM) and the comsol multiphysics software, we calculate the eddy current and the distribution of heat generated in both the workpiece and the inductor for different frequencies within the range of 0.75-5 kHz. To accomplish this, we utilize a real coil with a helix shape and a cylindrical workpiece. The results demonstrate that as the frequency increases, both the eddy current and the generated heat are transferred to the outer surface of the workpiece, becoming concentrated in a thin layer. In other words, these parameters exponentially decrease along the radius of the workpiece from the surface towards its interior.Keywords: Frequency, Simulation, Induction heating, finite element method
-
مجله فصل مشترک ها، لایه های نازک و سیستم های با بعد کم، سال پنجم شماره 2 (Winter-Spring 2022)، صص 505 -515
یک موجبر پلاسمونیک هیبریدی مبتنی بر گرافن (GHPW) با ساختار هندسی منحصر به فرد برای هدایت و مدولاسیون پلاریتون پلاسمون سطحی (SPP) در محدوده فرکانس 30-10 THz طراحی شده است. این موجبر از یک لایه گرافن در وسط، یک لایه دریچه ای پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و دو لایه جداکننده دی الکتریک داخلی و دو زیرلایه ژرمانیوم نیمه استوانه ای تشکیل شده است که به طور متقارن در هر دو لبه گرافن تعبیه شده اند. برای انتشار مدهای SPP در ناحیه فرکانسی 10-30 تراهرتز، ناحیه مدی کوچک (4-10~) و طول انتشار بلند (10.67-28.92 میکرومتر) در انرژی فرمی 1.0 الکترون ولت، بدست آمده است. با کنترل انرژی فرمی گرافن، مشخص شد که به ازای گستره فرکانسی 30-10 تراهرتز، این ساختار دارای عمق مدولاسیون بالاتر از 20 درصد است و در فرکانس بیشتر از 28.75 تراهرتز به بیشینه مقدار خود می رسد. موجبر پیشنهاد شده، نوید بخش بهره مندی از انتشار پهن باند با راندمان مدولاسیونی بالا، و ایجاد نسل متفاوتی از موجبرهای MIR، مدولاتورها، و دستگاه های فوتونیکی و نوری را می دهد.
کلید واژگان: گرافن، پلاسمونیک، موجبر، مدولاتور، فروسرخ میانی، روش المان محدودJournal of Interface, Thin Film and Low Dimension Systems, Volume:5 Issue: 2, Winter-Spring 2022, PP 505 -515A graphene-based-hybrid plasmonic waveguide (GHPW) with a unique geometric structure is designed for surface plasmon polariton guidance and modulation at the frequency area of 10 to 30 THz. The GHPW consists of a graphene layer in the middle, a high-density polyethylene (HDPE) gating layer, two interior dielectric delimiter layers, and two exteriors semi-cylinder Germanium substrates symmetrically embedded on both edges of the graphene. Because of the matchless semi-cylinder structure design, the electromagnetic wave interaction with graphene ultimate subwavelength SPPs strong confinement with long propagation length. Small normalized mode area of ~10-4 and long propagation length of 10.67-28.92 μm at Fermi energy of 1.0 eV is attained for SPPs modes propagation of the GHPW in the frequency bound of 10-30 THz and semi-cylinder radius R > 450 nm, respectively. By controlling the graphene Fermi energy, it is found that the structure has a modulation depth higher than 20 % for the frequency band of 10-30 THz and arrives at the peak of approximately 100 % at a frequency greater than 28.75 THz. To benefit from the great broadband MIRpropagation and modulation efficiency, the GHPW may promise different MIR waveguides, modulators, photonic, and optoelectronic devices.
Keywords: Graphene, Plasmonic, Waveguide, Modulator, mid-infrared, Finite element method -
روش هماهنگ های کروی دوگانه (DPN) تقریبی مرسوم در بررسی معادله ترابرد نوترون در مسایل فیزیک راکتور است. در داخل یک راکتور در نزدیکی نقاطی که در آن ها ناپیوستگی های شدیدی در ویژگی های مواد اتفاق می افتد، مانند مرزهای خلا یا نواحی نزدیک جاذب های قوی، معمولا ناهمسانگردی بیشتری در توزیع زاویه ای شار نوترون ها مشاهده می شود. توصیف مناسب تر رفتار شار زاویه ای در چنین نقاطی مستلزم به کارگیری روش هایی مانند DPN است که به جای استفاده از یک بسط برای تمام جهت ها، مانند روش PN، از بسط های جداگانه برای جهت های مختلف حرکت نوترون ها استفاده می کنند. در این مقاله به حل معادله ترابرد یک بعدی و چندگروهی نوترون در دستگاه مختصات کارتزین با استفاده از تقریب DP1 پرداخته می شود. برای این کار ابتدا معادله های DP1 چندگروهی و شرایط مرزی مربوطه به دست آمده و بعد به صورت معادلات پخش چندگروهی نوشته می شوند که اصطلاحا آن ها را در اینجا معادلات DP1 ساده شده یا SDP1 می نامیم. سپس روش المان محدود برای حل عددی معادله های SDP1 به کار گرفته می شود. نتایج حاصل از روش ارایه شده برای چند مسیله آزمون مختلف در مقایسه با روش P3 مورد بحث قرار می گیرند.
کلید واژگان: معادله ترابرد نوترون، تقریب هماهنگ های کروی دوگانه، معادله پخش نوترون، روش المان محدودThe double-spherical harmonics method (DPN) is a common approximation in the study of the neutron transport equation in reactor physics problems. Inside a reactor near points where strong discontinuities in material properties occur, such as bare boundaries or areas near strong absorbers, there is usually greater anisotropy in the angular distribution of neutron flux. A more appropriate description of the angular flux behavior at such points requires the use of methods such as DPN, which utilize separate expansions for different directions of neutron motion instead of using a single expansion for all directions, as in the PN method. In this paper, the multigroup, one-dimensional neutron transport equation in the Cartesian coordinate system is solved using the DP1 approximation. To do this, first the multigroup DP1 equations and the corresponding boundary conditions are derived, then they are written in the form of multigroup neutron diffusion equations, which are here called the simplified-DP1 or SDP1 equations. The finite element method is then used to numerically solve the SDP1 equations. The results of the proposed method are discussed for several different test problems in comparison with the P3 method.
Keywords: Neutron Transport Equation, Double-Spherical Harmonics Method, Neutron Diffusion Equation, Finite Element Method -
سرطان مشکل اصلی بهداشت عمومی در سراسر جهان و یکی از علل مهم مرگ و میر در جهان است. سرطان پستان و فیبروم ها از جمله توده هایی هستند که در میان بانوان شایع می باشند و در صورتی که به موقع تشخیص داده شوند، روند بهبود و درمان به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت. در این مقاله، به تشخیص کیست پستان بر اساس مشخصه دمایی سطحی بافت پستان پرداخته شده است. برای این منظور مشخصه دمایی پستان دارای کیست، مورد ارزیابی قرار گرفته است. انتقال گرما داخل پستان با استفاده از معادله گرمای زیستی پنس و به روش المان محدود، حل شده است. در این مطالعه، با توجه به تفاوت ویژگی های دی الکتریک بافت پستان سالم و تومورال، توزیع دمایی بر روی سطح پستان همراه با کیست، برای سایزهای مختلف کیست مشخص شده است. برای این منظور پارامترهایی همچون افزایش دما و سطوح SAR مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد که با یک مقدار مشابه از انرژی کل برای امواج الکترومغناطیس، سطح دمای بافت که در معرض امواج قرار گرفته است بدون توجه به ترکیب توان ورودی ثابت باقی می ماند. همچنین از نتایج به دست آمده مشاهده می شود تا زمانی که سایز تومور افزایش می یابد، تاثیر تشعشع بر روی بافت پستان نیز بیشتر می شود و از این رو ناحیه بدخیم نسبت به ناحیه سالم بافت پستان، قابل تمایز است. نتایج نشان دهنده تفاوت در مشخصه دمای سطحی پستان نرمال و پستان همراه با کیست با اندازه های مختلف می باشد که می تواند معیاری در تشخیص عارضه کیست پستان نسبت به پستان نرمال قرار گیرد.
کلید واژگان: بافت پستان، تومور، روش المان محدود، توزیع دما، امواج الکترومغناطیسCancer is a significant public health problem worldwide and one of the leading causes of death worldwide. Breast cancer and fibroids are common among women, and if they are diagnosed on time, recovery and treatment will increase significantly.
In this article, breast cysts are diagnosed based on the surface temperature characteristic of breast tissue. For this purpose, the temperature characteristics of a breast with a cyst have been evaluated. Heat transfer inside the breast is modeled by Penne’s bio-heat equation and solved by the finite element method. In this study, due to the difference in the dielectric properties of healthy and tumor breast tissue, the temperature distribution on the surface of the breast with a cyst of different sizes was determined. For this purpose, parameters such as temperature and SAR levels were examined and evaluated. The results show that with a similar amount of total energy for electromagnetic waves, the temperature level of the tissue exposed to the waves remains constant regardless of the input power combination. Also, results show that as the size of the tumor increases, the effect of radiation on breast tissue increases, and therefore the malignant area can be distinguished from the healthy area of breast tissue. The results show the difference in the surface temperature characteristics of the normal breast and breast with a cyst of various sizes, which can be a criterion in diagnosing the complication of breast cysts compared to normal breasts.Keywords: Breast tissue, Tumor, Finite element method, Temperature Distribution, Electromagnetic Waves -
در طراحی میله سوخت، توانایی پیش بینی قابل اطمینان از عملکرد سوخت به منظور رعایت اصول ایمنی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای دستیابی به این هدف، کدهای کامپیوتری مختلفی ارایه شده اند که هر یک از آن ها از مدل های مختلف مکانیکی و روش های مختلف عددی و تحلیلی استفاده می کنند. بر همین اساس، هدف پژوهش حاضر تهیه برنامه ای کامپیوتری به زبان برنامه نویسی فرترن به منظور آنالیز مکانیکی و حرارتی میله های سوخت (2UO) با استفاده از روش های عددی، به ویژه به کارگیری اصل کار مجازی در تحلیل مکانیکی میله سوخت در شرایط پایا می باشد. برای حل معادلات به دست آمده از روش المان محدود استفاده شده است. در قسمت تحلیل مکانیکی پدیده هایی از قبیل تورم و تراکم سوخت و خزش در غلاف در نظر گرفته شده اند. سپس با پدیده های فوق و انجام تحلیل مکانیکی و حرارتی به صورت هم زمان، زمان تماس سوخت با غلاف، میزان تنش و کرنش در سوخت و غلاف، دمای مرکز سوخت، میزان رشد لایه اکسید بر روی غلاف و توزیع دمای سوخت و غلاف در طول کار راکتور در حالت پایا (در یک توان ثابت) توسط برنامه نوشته شده به دست می آیند. نتایج این برنامه با نتایج روش تحلیلی موجود در منابع صحت سنجی شده و برای راکتور VVER1000 تحلیل مکانیکی و حرارتی میله سوخت در یک بازه 1600 روزه انجام پذیرفته است. با توجه به نتایج به دست آمده، قرص سوخت پس از 1250 روز با غلاف تماس پیدا می کند.
کلید واژگان: میله سوخت، غلاف، قرص سوخت، تحلیل مکانیکی، تحلیل حرارتی، روش المان محدود، اصل کار مجازیIn designing the fuel rod, having a reliable prediction of fuel performance is of high importance in order to comply with safety principles. Various computer codes have been provided for this purpose. Each of these codes uses different mechanical models, numerical and analytical methods. Accordingly, the purpose of the present work is to develop Fortran computer software for mechanical and thermal analysis of fuel rods using numerical methods, especially applying the principle of virtual work in mechanical analysis of fuel rods in steady-state conditions. The finite element method is used to solve the equations. The mechanical analysis includes phenomena such as swelling and fuel density and clad creep. Through these phenomena and simultaneous performance of mechanical and thermal analysis, fuel-clad interaction, stress and strain rate in fuel and clad, fuel center temperature, oxide layer thickness, fuel, and clad temperature distribution during operation is obtained by the code. The results of the code are compared with the results of the analytical method which are available in other research works. Finally, for the VVER1000 reactor, mechanical and thermal analysis of the fuel rod was performed over a 1600-day interval. According to the simulation, the fuel-clad interaction occurs after 1250 days.
Keywords: fuel rod, Clad, Fuel pellet Mechanical Analysis, Thermal Analysis, Finite element method, Virtual Work -
آشکارسازی ناهنجاری مغناطیسی روشی غیرفعال است که با آشکار کردن ناهنجاری ها در میدان مغناطیسی زمین، به کشف اشیاء فرومغناطیسی ناشناس در محیط می پردازد. تشخیص ناهنجاری مغناطیسی مسئله ای مهم در برنامه های مختلف از جمله نظارت زمین شناسی و شناسایی نظامی است. سنسورهای آشکارش ناهنجاری مغناطیسی؛ آشفتگی های موضعی را در میدان مغناطیسی تشخیص می دهند، که می تواند برای تشخیص وجود و برآورد جایگاه اشیاء پنهان یا غوطه وری مانند زیردریایی ها و سنگ معدن استفاده شود. تشخیص زیردریایی هایی که از لحاظ صوتی بسیار بی صدا ساخته می شوند، به وسیله آشکارسازهای صوتی بسیار سخت و حتی ناممکن است. از این رو بهره مندی از سیستم های آشکارساز ناهنجاری مغناطیسی ضروری به نظر می رسد. در پژوهش حاضر در ابتدا سامانه های موجود مورد بررسی قرار گرفته، سپس به بازطراحی مکانیکی یک سامانه آشکارش ناهنجاری مغناطیسی هواپایه پرداخته شده است. در ادامه توزیع تنش در سامانه طراحی شده به وسیله نرم افزار آباکوس به روش اجزاء محدود مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد بیشینه مقدار تنش مجموعه قطعات برای شتاب عملیاتی 0/2g برابر باMPa 88/7 است که این مقدار در واقع بسیار کمتر از تنش تسلیم ماده مورد استفاده است. در نتیجه، در هیچ کدام از قطعات، تغییر شکل دایم ایجاد نمی شود که از قابل قبول بودن طراحی مکانیکی سامانه آشکارش ناهنجاری مغناطیسی هواپایه حکایت دارد.کلید واژگان: آشکارسازی ناهنجاری مغناطیسی، طراحی مکانیکی، روش اجزا محدودA Magnetic Anomaly Detector (MAD) is a passive system that is used to detect vague ferromagnetic objects in the environment by detecting anomalies in the Earth's magnetic field. Detection of magnetic anomalies is an important issue in some projects, from geological surveillance to military identification. MAD sensors detect local disturbances in the magnetic field of earth, which can be used to detect the presence of hidden or immersive objects, such as submarines, land mines or naval mines and estimate their location. It is impossible to detect the acoustically quiet submarines by detectors, so it is necessary to use magnetic anomaly detection systems. In this study, the existing systems were examined and then the mechanical structure of an airborne MAD system was redesigned. In next step, the stress distribution of the designed system was analyzed. The stress analysis was performed by finite element method (FEM) using ABAQUS software. The results showed that according to the stress distribution, the maximum value of the stress for the set of parts is 88.7 MPa at acceleration 0.2 g, which is actually much less than the yield stress of the used material. As a result, there is no permanent deformation in any of the components of the system.Keywords: Magnetic Anomaly Detector, Mechanical Design, finite element method
-
در این مقاله، با استفاده از سه روش عددی: تفاضلات متناهی، عناصر متناهی و بدون شبکه، هر کدام با ویژه گی های خاصی، ساختار الکترونی تعدای از نانو سیستم های دو بعدی با کمک حل عددی معادله شرودینگر دو بعدی مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد. برای حل مسایل کاربردی حوزه الکترونیک کوانتومی محاساتی نیمرساناها اغلب نیاز به حل عددی معادلات شرودینگر دو بعدی می باشد که این مسایل عموما دارای پیچیدگیهای محاسباتی خاص خود می باشند. محاسبه ویژه مقادیر یکی از مهمترین چالش ها در این حوزه می باشد. در اینجا، با کمک پنج مثال کابردی، نشان داده شده است که تحت شرایط مفروض، اندازه ویژه مقادیر مسیله، در روش تفاضلات محدود از پایین و در روش المان محدود از بالا به مقادیر واقعی نزدیک می شود. بنابراین در صورت نیاز به دقت بالا برای یک مسئله عمومی کاربردی که حل تحلیلی آن وجود ندارد، با کمک این دو روش می توان تقریبی از کران بالا و پایین و بازه ای برای ویژه مقادیر یافت. در ادامه نشان داده شده، روش بدون شبکه بالاترین دقت را در بین روش های ارایه شده برای مثال های مورد بررسی دارد.
کلید واژگان: معادله شرودینگر دو بعدی، روش های بدون شبکه، روش های اجزاء متناهی، روش های تفاضلات متناهی، توابع پایه ای شعاعیIn this paper, we have studied the electronic structure of few two dimensional semiconducting nano-systems by suing three numerical methods meshless, finite element and finite difference. These methods .have been used to solve the two dimensional stationary Schrodinger equation w and the results have been compared. In order to solve the applied problems in the computational semiconducting quantum electronics, it is usually needed to solve the two dimensional stationary Schrodinger equation which have special numerical complexities. Evaluation of the energy eigenvalues is a challenging problem in this field of study. Here, by applying the methods on five applied examples we have shown that the eigenvalues converge to the exact values from lower bound in the finite difference method and converge to the exact values from upper bound in the finite element method. Therefore, in general applied problems under research, that we have not analytic eigenvalues and solutions, we are confidently able to find the upper and lower bounds of the eigenvalues. Finally, we have shown that in the mentioned examples, the meshless method has maximum accuracy among the investigated methods.
Keywords: Two dimensional Schrodinger equations, Meshless methods, Finite element method, Finite difference method, multiquadric radial basis functions -
Collision of protons with background gas and beamline wall in proton therapy causes the creation of secondary particles, e.g. neutrons, which results in more difficulties in curing the tumors. In the present simulation-based study, the optimum diameter of proton beamline was determined to minimize the production of secondary particles in the presence of electric field with the magnitude of 50 kV/m, perpendicular equal magnetic fields of 0.7 T, and background gas of argon under Bounce boundary conditions via finite element method. The results showed that the optimum diameter of the beamline for minimization of the secondary particles in the spot scanning proton therapy in the aforementioned conditions was 7 mm. Also, the values of drift velocities of protons were plotted in different time steps of 10 ns to 50 ns for the optimized size of the beamline. Due to few interactions of forwarding particles with background gas, the results showed that the forwarding particles in the propagation direction have greater velocities than those of rear particles. The results can be used in spot scanning proton therapy for curing the localized cancers.Keywords: Spot Scanning Proton Therapy, Beamline Diameter, Secondary Particles, Finite Element Method
-
Numerical solution of the multi-group static forward and adjoint neutron diffusion equation (NDE) using the Finite Elements Method (FEM) is investigated in detail. A finite element approach based on the generalized least squares method is applied for the spatial discretization of the NDE in 3D-XYZ geometry. A computer code called GELES was also developed based on the described methodology covering linear or quadratic tetrahedral elements generated via the mesh generator for an arbitrary shaped system. A number of test cases are also studied to validate the proposed approach. Moreover, to assess the output dependency to the number of elements, a sensitivity analysis is carried out at the end.
Keywords: Neutron Diffusion Equation, Adjoint Flux, Generalized Least Squares, Finite Element Method -
مدل سازی کامپیوتری جهت طراحی القاگرها برای کاربردهای متفاوت در فرایند گرمای القایی اغلب برای صرفه جویی در هزینه های ناشی از خطا و آزمون ضرورری به نظر می رسد. در این مقاله تاثیر تعداد حلقه های پیچه در فرایند گرمای القایی با حل عددی معادلات ماکسول با استفاده از روش المان محدود و به کمک بسته نرم افزاری کامسول مولتی فیزیک، در سه بعد بررسی شده است. بررسی تاثیر تعداد حلقه های پیچه در مقدار و الگوی گرمای تولید شده در قطعه کار برای کاربردهای ویژه در صنعت و تکنولوژی خیلی مهم و حیاتی است. زیرا تعداد حلقه های پیچه یکی از عوامل های مهم در طراحی دستگاه های گرمای القایی است. در ابتدا یک پیچه تک حلقه ای در مدل سه بعدی شبیه سازی شده و سپس پیچه هایی چند حلقه ای با تعداد حلقه های 2، 3 و 4 لحاظ شده اند. از ولتاژ 200 ولت متناوب با بسامد یک کیلوهرتز به عنوان منبع تولید میدان های الکترومغناطیسی بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از محاسبات عددی نشان می دهد تعداد حلقه های پیچه تاثیر قابل ملاحظ های بر کمیت هایی مانند توزیع و شدت چگالی شار مغناطیسی، چگالی جریان های گردابی در قطعه کار و همچنین گرمای حجمی تولید شده در پیچه و قطعه کار دارد.کلید واژگان: فرایند گرمای القایی، روش المان محدود، شبیه سازیComputer modeling for the design of inductors for different applications in the induction heating process often seems to be necessary to save costs caused by the trial and error. In this paper, the effects of the number of loops in the induction heating process with the numerical solution of the Maxwell equations have been investigated using finite element method (FEM) and the COMSOL MULTIPHYSICS software package in three dimensions. Therefore, considering the effect of the number of coil turns on the amount and pattern of heat produced in the workpiece for special applications in the industry and technology is critical. This is because the number of coil turns is one of the important parameters in the design of induction heating systems. At first, a single turn coil is simulated in a three-dimensional model; then multi-turn coils with the turns number 2, 3, and 4 have been considered. The voltage of 200 V with the frequency of 1 KHz has been used, as applied to the coil, to serve as the source of electromagnetic fields. The results of numerical calculations show that the number of coil turns can have a significant effect on quantities such as distribution and intensity of magnetic flux density, eddy currents density in the workpiece, and the volume of heat produced in the coil and workpiece.Keywords: induction heating process, finite element method, simulation
-
: توزیع مقدار آهن رباییده ی اسپین های هسته ای جاری در ارزیابی تپ های بسامد رادیویی استفاده شده در آنژیوگرافی با استفاده از تشدید مغناطیسی هسته از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش توزیع مقدار اسپین های هسته ای جاری در زمان اعمال تپ های انتخابی برشی
مستطیلی شکل و بعد از آن با حل معادلات بلوخ به روش تفاضل محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی اعمال تپ انتخابی مستطیلی شکل 90 درجه ای نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان، مقادیر آهن رباییده، در اثر حرکت اسپین های هسته ای، تغییر شکل می دهد، و این تغییرات ناشی از چگونگی حرکت اسپین های جاری است. بیش ترین تغییر شکل در مقادیر عرضی یعنی، Mx و My ایجاد می شود. افزایش تندی جریان خون، تقارن در این نمایه ها از بین می رود. در مقابل، در مقدار طولی یعنی، Mz تغییر چندانی به جز یک تغییر جهت در راستای سرعت قابل مشاهده نیست. به طور کلی با روش موجود می توان توزیع مقادیر آهن رباییده را برای تپ هایی با زاویه های تلنگر مختلف و هم چنین ترکیب فازهای تپ ها به دست آورد که نتایج حاصل می تواند در بررسی بهبود مشخصه های تصویری نگاشت های آنژیوگرافی با تشدید مغناطیسی و بررسی بیش تر تاثیر رشته تپ های طراحی شده بر روی اسیپین های جاری مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: آهن ربایش، معادلات بلوخ، اسپین های هسته ای جاری، روش تفاضل محدود، تصویرگیری با تشدید مغناطیسیThe distribution of the magnetized magnitudes of the flowing nuclear spins has a key role to evaluate the radiofrequency pulses used in the magnetic resonance angiography (MRA). In this study, a finite difference method is used to solve Bloch equations for the flowing nuclear spins during and after a 90° rectangular selective pulse which is important for optimization of the pulse sequence. The results of the simulation indicate that the magnitudes are deformed due to the flowing nuclear spins, while their velocity is increased. The maximum variations are created on the transverse magnitudes namely, Mx and My. The symmetry on these profiles disappear by increasing the velocity. In contrast, no variation on the longitudinal magnitude namely Mz is observed, except a shift on the velocity direction. The sensitivity of these profiles at low velocities for the rectangular selective pulse is more than that of the sinc type, which probably it may be used for characterizing the capillary space. In general, one may obtain the distribution of magnitudes for pulses with various flip angles, as well as, the combination of different pulses. The results may be employed to improve mapping indices in the MRA as well as assessment pulse sequences on the flowing nuclear spins.Keywords: Magnetization, Bloch equations, Flowing nuclear spins, Finite element method, Magnetic resonance imaging angiography -
در این پژوهش، مودهای ویژه و بسامدهای ویژه ی صوتی بدنه ی، صفحه و کاسه، ساز سه تار ایرانی بررسی شده اند. ابتدا حالت های (مودهای) ویژه ی صفحه ی سه تار و مودهای ویژه ی کل بدنه، بدون احتساب روزنه ها، به صورت جداگانه محاسبه و به طور مقایسه ای تحلیل شده اند. این نحوه ی تحلیل موردی جداگانه بخش های مختلف ساز سه تار، منجر به درک و شناخت بهتر نقش هریک بر صدای عمومی خروجی ساز خواهد شد. در مقوله بندی و ارزیابی کیفیت صدای سازها مشخصه های تابع پاسخ بسامدی اهمیت دارند. در مورد سازهای زهی مثل سه تار، قله اول تابع پاسخ بسامدی و مکان آن بسیار مهم هستند. این قله اول، همواره مصادف با بسامد ویژه هوایی اول است که در پژوهش پیش رو در بسامد 377 هرتز رخ می دهد. بدین ترتیب، بقیه مودهای ویژه بدست آمده مثلا در 588 هرتز یا 740 هرتز، باقی تابع پاسخ بسامدی را می سازند. هم چنین، می توان اثر عواملی نظیر ضخامت صفحه، جنس چوب، شکل کاسه و دیگر ویژگی های ساختاری این ساز را بر روی مقدار بسامدهای ویژه اصلی بررسی نمود. علاوه براین، با محاسبه، رسم و تحلیل پرچین های (کانتور) فشار هوا- صوتی داخل بدنه، و مودهای ویژه ی سازه (صفحه ی صدا و بدنه، بدون احتساب روزنه ها) سه تار و هوا می شود منشا و سرشت (هوا، سازه یا هوا- سازه) مود های صوتی را تعیین کرد. مطالعه و شناخت مقادیر ویژه چنین سامانه صوتی مقدمه پژوهش های آینده در مورد صوتیات سازهای ایرانی مانند سه تار خواهد بود.کلید واژگان: سه تار، بسامد ویژه، هوا- صوتی، شیوه عنصر نامتناهیIn this work, eigen modes and eigen frequencies of the body (sound board and sound box) of the setar, a persian stringed musical instrument, are studied. Eigen modes of the sound board and the whole body, neglecting the holes, are calculated independently and analyzed comparatively. This scheme of separate modal analyses for different parts of the setar will lead to the understanding of their individual roles in the overall output sound. In categorizing and assessment of sound quality of musical instruments, the study of characteristics of frequency response function (ERF) is important. In case of stringed musical instruments like setar, of the defining parameters are the first peak of FRF and its location. This first peak usually coincides with first air eigen frequency which in the present research occurs at about 377 Hz. Thus, all the other eigen modes like 588 Hz and 740 Hz, construct the rest of the FRF. Also, the effects of such as sound board thickness, wood material properties shape of sound box and other structural features of setar on two value of eigon frequencies can assessed. Furthermore, analysis of the aero-acoustic pressure contours and the eigen modes of the setar structure (sound board and box) and air allows the nature (air, structure or coupled air-structure) of a acoustic mode to be determined.Keywords: Setar, Eigen frequency, Aero-acoustic, Finite element method
-
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 شدهIn 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 Greens Operator Matrix (GOM) by means of FEM. This concept enables us to overcome all limitations of traditional inverse methods. In other words, the Greens functions are not only functions of interfaces 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 Greens 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 faults 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
-
میدان جابه جایی حاصل از فعالیت هم لرزه گسل های شیب لغز (نرمال و معکوس) و امتداد لغز (چپ گرد) با استفاده از آنالیز عددی المان محدود در یک محیط همسانگرد همگن کشسان خطی برآورد شده است. با کمک روش عددی المان محدود می توان پیچیدگی های محیط واقعی را برای تولید تابع های گرین دقیق تر و به کارگیری در حل مسئله معکوس به منظور استخراج نرخ لغزش گسل ها، مدل سازی کرد. به همین منظور با به کارگیری المان های تماسی در سطح گسل میدان جابه جایی حاصل از گسل های عمقی و امتدادلغز با مقدار جابه جایی واحد محاسبه شد. گسل شیب لغز، سطحی در نظر گرفته شده و عرض آن 20 کیلومتر است که برای مدل سازی محیط نیم فضا طول و عمق محیط به ترتیب 1000 و 500 کیلومتر لحاظ شده است و در مقابل ابعاد گسل بزرگ است. طول و عرض گسل امتداد لغز به ترتیب300 و 20 کیلومتر و ابعاد محیط نیم فضا 1000، 300 و 120 کیلومتر است. گسل شیب لغز در محیط دوبعدی و گسل امتدادلغز در محیط سه بعدی مدل سازی شده است. میدان جابه جایی حاصل از مدل عددی با مدل تحلیلی اوکادا مقایسه شده است. مقایسه نشان می دهد که انطباق قابل قبولی بین میدان جابه جایی افقی و قائم حاصل از مدل عددی و تحلیلی وجود دارد.
کلید واژگان: گسل شیب لغز، گسل امتداد لغز، میدان جابه جایی، روش المان محدودFinite element modeling of deformation field induced by dip and strike slip fault coseismic activityMany earthquakes occur in Iran every year and some of these earthquakes cause loss of life and property. Consequently earthquake is one of challenging topics not only in Iran but also in other active tectonic regions in the world. Investigating the mechanism of earthquake as a natural disaster is the first and important step. To study earthquakes، different information such as geometry and behavior of active faults، as well as the mechanical properties of the earth’s upper most layers، are required. Geometric and rheology properties of earth’s layers as well as details of the contemporary strain، temperature and stress have increased significantly over the past decade. Furthermore thanks to availability of Global Navigation Systems (GNSS)، like GPS، modern space geodesy data processing and new tools like PS-InSAR that provide unforeseen spatial coverage of precise observations of the Earth’s surface deformations. The only processing approach that composes all geometrical and physical complexities is Finite Element Modeling (FEM). The first step in using FEM is to examine its capabilities. In this paper deformation field of a dip slip (normal and reverse) and a strike slip fault (left lateral) in linear homogenous isotropic elastic medium by means of 2D and 3D Finite Element Method (FEM) has been investigated. By means of FEM، the complexity of mechanism of a fault related disaster for determination of precise Green operator and solution of a reverse problem for extraction of fault slip rate can be modeled. As a sample، we apply contact elements and develop a frictionless fault surface and then deformation field of dip and strike slip faults for one meter of slip for each side of fault surface. Fault top lines for dip and strike slip faults are assumed to be on the ground. The dimensions of semi infinite medium for dip and strike slip faults are respectively 1000*500 and 1000*3000*120 km and these dimensions relative to fault’s dimensions are large. FEM deformation field are compared to Okada analytical model (an analytical model). The comparison shows that there is a good agreement between FEM and the analytical model. Our procedure can be summarized as follows: 1- 2D geometrical modeling of 90، 70 and 25 degree dip slip faults and 3D vertical strike slip fault. 2- Meshing of medium and assign material properties (linear homogenous isotropic elastic). 3- Apply boundary conditions by horizontal and vertical displacement vectors. 4- Determination of horizontal and vertical displacement vectors on the ground by means of FEM. 5- Comparison of analytical (Okada model) and FEM results and computation of Root Mean Square (RMS) as an efficiency test of results.Keywords: Dip slip fault, Strike slip fault, Deformation field, Finite element method
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.