فهرست مطالب

روش های عددی در مهندسی - سال سی و هفتم شماره 2 (زمستان 1397)

نشریه روش های عددی در مهندسی
سال سی و هفتم شماره 2 (زمستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/12/25
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمد جعفری، مصطفی جمشیدیان*، سعید ضیایی راد صفحات 1-15
    انرژی تغییر شکل ذخیره شده ناشی از نابجایی ها در داخل پلی کریستال های فلزی می تواند یک نیروی محرکه کافی برای حرکت مرز دانه ها در طی عملیات حرارتی فراهم آورد. در این مقاله، ابتدا یک تئوری ساختاری کریستال ویسکوپلاستیسیته بر مبنای چگالی نابجایی، سازگار با قوانین ترمودینامیک، برای تغییر شکل های بزرگ ارائه می شود تا بتواند توزیع انرژی ذخیره شده ناشی از تغییر شکل در مواد فلزی را با دقت قابل قبول پیش بینی کند. سپس معادلات ساختاری در نرم افزار آباکوس از طریق نوشتن زیربرنامه در دو حالت مدل تیلور و مدل اجزای محدود کامل پیاده سازی می شوند. با انجام شبیه سازی های عددی روی تک کریستال های آلومینیوم و مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی، تئوری ارائه شده مورد راستی آزمایی قرار گرفته و پارامترهای سخت شوندگی به دست می آیند. به عنوان یک کاربرد از تئوری ساختاری توسعه داده شده، ارتباط میان توزیع انرژی ذخیره شده تغییر شکل و حرکت کرنش- القایی مرزدانه در پلی کریستال آلومینیوم در دو حالت مدل تیلور و مدل اجزای محدود کامل بررسی می شود. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد که مدل تیلور دقت کافی برای محاسبه توزیع انرژی ذخیره شده تغییر شکل در داخل پلی کریستال و به دنبال آن حرکت مرزدانه ناشی از آن را ندارد، چرا که حرکت کرنش- القایی مرزدانه در یک ریزساختار پلی کریستالی تحت تغییر شکل پلاستیک به شدت وابسته به توزیع انرژی ذخیره شده تغییر شکل در داخل ریزساختار و نه مقادیر کلی آنها است.
    کلیدواژگان: انرژی ذخیره شده تغییر شکل، معادلات ساختاری، کریستال پلاستیسیته، اجزای محدود، مدل تیلور
  • فتح الله طاهری بهروز *، حمزه خیام راینی صفحات 17-39
    در مقاله حاضر با استفاده از روش های چندمقیاسی، معیاری برای پیش بینی شروع و رشد آسیب در کامپوزیت های لایه ای بافته شده صفحه ای جهت پیش بینی استحکام آنها ارائه شده است. بدین منظور با مدل سازی حجمک نماینده و با محاسبه تنش های میکروسکوپیک، آسیب در یارن ها و رزین مورد بررسی قرار گرفته است. سپس با بهره گیری از شرایط مرزی مناسب، تنش ها و کرنش های ماکروسکوپی حجمک نماینده برای به دست آوردن مولفه های ماتریس سفتی معادل محاسبه شده اند. با توسعه زیرروال های "UMAT" و "USDFLD" در نرم افزار آباکوس، حلقه های کامپوزیتی بافته شده شبیه سازی و به صورت پیش رونده استحکام نهایی آنها پیش بینی شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، نمونه های حلقوی با استفاده از پارچه بافته شده شیشه به عرض پنج سانتی متر و رزین اپوکسی متناسب با ابعاد استاندارد ASTM-D2290 ساخته شده و تحت آزمون کشش قرار گرفته اند. نتایج عددی و تجربی همخوانی خوب بین نتایج عددی و آزمایشگاهی صحت مدل های عددی توسعه داده شده در این پژوهش را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تخریب پیش رونده، پارچه های بافته شده، حجمک نماینده
  • سحر سراوانی، بهروز کشته گر * صفحات 41-60
    براورد صحیح احتمال خرابی همراه با حجم محاسبات پایین، دغدغه اصلی در قابلیت اعتماد سازه ها به شمار می آید. روش شبیه سازی مونت کارلو، به سادگی می تواند براورد صحیحی از احتمال خرابی ارائه دهد. اما، برای مسائل پیچیده مهندسی با احتمال خرابی پایین زمان بر بوده و ممکن است براورد ناکارامدی از احتمال خرابی ارائه دهد. در این مقاله، بر اساس یک روش وزنی، کارایی روش شبیه سازی مونت کارلو بهبود بخشیده شده است. بر مبنای یک تابع نمایی، وزن نمونه ها به صورت تصادفی در فضای طراحی تنظیم شده و داده های تنظیم شده تصادفی، برای بهبود روش مونت کارلو استفاده شده است. عملکرد همگرایی روش وزنی تصادفی شبیه سازی مونت کارلو مانند صحت و میزان براورد تابع عملکرد، به کمک چندین مثال غیرخطی ریاضی و سازه ای با متغیرهای تصادفی نرمال و غیرنرمال با روش شبیه سازی مونت کارلو مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که روش پیشنهادی، نتایج صحیحی براورد کرده و در حدود 100 تا 1000 برابر حجم محاسبات را نسبت به روش مونت کارلو کاهش داده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اعتماد سازه ها، احتمال خرابی، روش وزنی تصادفی شبیه سازی مونت کارلو
  • مسعود ربانی* ، عرفان عسگری، علی قوامی فر، حامد فرخی اصل صفحات 61-78
    در دهه های اخیر، مواد خام و منابع از جمله موضوع های قابل توجه محققان بوده اند، به عبارت دیگر، نقش مهمی در صنایع تولیدی و یا سازمان های خدماتی دارند. از سوی دیگر، جمعیت هر روز افزایش می یابد و افزایش جمعیت به معنی افزایش تقاضا برای کالاها یا خدمات است. بنابراین لازم است که منابع بیشتری برای ارائه خدمات یا کالاها مصرف شود. به همین دلیل، سازمان های دولتی و آژانس های محیط زیستی، به وضع و اجرای قوانین سخت گیرانه نسبت به تولیدکنندگان و خدمت دهندگانی که باعث ضربه زدن بیش از حد مجاز به محیط زیست هستند، اقدام کرد هاند که در پار های موارد استفاده از منابع را برای آنها محدود می کند. در این میان زنجیره تامین به یکی از مسئله های مهم که تاثیر بسیاری از این موضوع می پذیرد، تبدیل شده است. در این تحقیق، زنجیره تامین حلقه بسته با توجه به عدم اطمینان، اختلالات و هزینه تولید نیز مدل سازی شده است. هدف از این مسئله، به حداقل رساندن هزینه سیستم مورد نظر بر اساس تصمیمات مکان، میزان جریان بین سطوح و فروش از دست رفته است. روش حل آزادسازی لاگرانژی برای حل این مسئله NP-hard استفاده شده است. در پایان، از یک مثال عددی برای آزمایش مدل و روش حل پیشنهادی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که زمان اجرای مسئله در مقیاس بزرگ با GAMS نسبت به روش پبشنهادی بالاتر است.
    کلیدواژگان: زنجیره تامین حلقه بسته، اختلال، ریسک تامین، آزادسازی لاگرانژ، عدم قطعیت
  • حامد ارزانی* ، الهام خوش باور راد صفحات 79-96
    در این مقاله روشی برای بهبود جواب های اجزای محدود استاندارد ارائه شده است. روش نرم خطای L2 برای تعیین خطای گرهی مورد استفاده قرار می گیرد. سپس متناسب با خطای گرهی، مرتبه مناسبی از توابع درون یاب غنی ساز پوششی به طور خودکار انتخاب شده و در فرایند حل مجدد پاسخ های اولیه، اصلاح می شوند. چرخه تعیین خطا و استفاده از توابع غنی سازی پوششی تا رسیدن خطای حوزه به مقدار مجاز از پیش تعیین شده ادامه خواهد یافت. از مزایای توابع درون یاب غنی سازی پوششی آنکه، علاوه بر مقادیر به دست آمده از درون یابی استاندارد برای هر المان، تاثیر نتایج المان های مجاور هر گره را نیز درنظر خواهند گرفت. روال محاسباتی روش پیشنهادی با به کارگیری نرم خطای معرفی شده در محیط متلب برنامه نویسی شده و برای مثال های متنوعی مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه جواب های حاصل از روش پیشنهادی با جواب دقیق و روش های دیگر محققان در حوزه مسائل الاستیسیته خطی، حکایت از کارایی و دقت قابل قبول روش پیشنهادی دارد.
    کلیدواژگان: اجزای محدود غنی شده، تولید مش، توابع درون یاب پوشش، تحلیل تطبیقی
  • مهدی خاشعی، شیدا تربت * صفحات 97-111
    بحران های مالی موجود در نظام های بانکی ناشی از عدم توانایی در مدیریت ریسک های اعتباری است. امتیازدهی اعتباری یکی از تکنیک های مدیریت ریسک است که ریسک وام گیرنده را تحلیل می کند. در این مقاله با استفاده از مزایای روش های هوش محاسباتی و محاسبات نرم یک روش ترکیبی جدید به منظور بهبود مدیریت ریسک های اعتباری ارائه شده است. در روش پیشنهادی، به منظور مدل سازی در شرایط عدم قطعیت، پارامترهای شبکه عصبی، شامل وزن ها و خطاها، به صورت فازی در نظر گرفته شده اند. در این روش، ابتدا سیستم مورد مطالعه با استفاده از شبکه های عصبی متامدل بندی شده و سپس با به کارگیری استنتاجات فازی تصمیم بهینه با بیشترین میزان برتری تعیین خواهد شد. نتایج حاصل از به کارگیری روش پیشنهادی بیانگر کارامدی و دقت بالای این روش در تحلیل مسائل امتیازدهی اعتباری است.
    کلیدواژگان: امتیازدهی اعتباری، روش های طبقه بندی، پرسپترون های چندلایه، شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی
  • سید مسعود سید شرفی، شهاب الدین حاتمی * صفحات 113-138
    مهاربند تسمه قطری یکی از پرکاربردترین سیستم های باربر جانبی در سازه های سبک فولادی است. معمولا بعد از نصب مهاربندها در قاب های فولادی سرد نورد، برای پوشاندن آن از یک یا چند لایه پوشش گچی هم استفاده می شود. این پوشش گچی که اغلب در طراحی سازه ای از طرف طراحان نادیده گرفته می شود، می تواند در عملکرد لرزه ای سیستم تاثیر قابل توجهی بگذارد. در این مقاله ابتدا اقدام به ارائه روشی برای مدل سازی عددی دیوارهای برشی با مهاربند تسمه فولادی و پوشش گچی شده و سپس تاثیرات حضور پوشش گچی بر مشخصه ها ی رفتار جانبی و سطوح عملکرد لرزه ای دیوارهای برشی با مهار تسمه قطری بررسی شده است. نتایج این تحقیق نشان دادند، حضور پنل گچی موجب افزایش (تا 1/5 برابر) اتلاف انرژی سازه در زلزله و افزایش مقاومت و سختی آن می شود. همچنین دیوارهای مرکب از تسمه قطری و پوشش گچی در تغییر مکان های کوچک تری نسبت به سیستم مهاربند تنها به یک سطح عملکردی مشخص می رسند.
    کلیدواژگان: سازه سبک فولادی، مدل سازی عددی، پوشش پنل گچی، بادبند تسمه فولادی، سطوح عملکرد
|
  • M. Jafari , M. Jamshidian *, S. Ziaei, Rad Pages 1-15
    The stored deformation energy in the dislocation structures in a polycrystalline metal can provide a sufficient driving force to move grain boundaries during annealing. In this paper, a thermodynamically-consistent three-dimensional, finite-strain and dislocation density-based crystal viscoplasticity constitutive theory has been developed to describe the distribution of stored energy and dislocation density in a polycrystalline metal. The developed constitutive equations have been numerically implemented into the Abaqus finite element package via writing a user material subroutine. The simulations have been performed using both the simple Taylor model and the full micromechanical finite element model. The theory and its numerical implementation are then verified using the available data in literature regarding the physical experiments of the single crystal aluminum. As an application of the developed constitutive model, the relationship between the stored energy and the strain induced grain boundary migration in aluminum polycrystals has been investigated by the Taylor model and also, the full finite element model. The obtained numerical results indicated that the Taylor model could not precisely simulate the distribution of the stored deformation energy within the polycrystalline microstructure; consequently, the strain induced grain boundary migration. This is due to the fact that the strain induced grain boundary migration in a plastically deformed polycrystalline microstructure is principally dependent on the spatial distribution of the stored deformation energy rather than the overall stored energy value.
    Keywords: Stored deformation energy, Constitutive equation, Crystal plasticity, Finite elements, Taylor model
  • F. Taheri, Behrooz *, H. Khayyam Rayeni Pages 17-39
    In this paper A progressive damage model based on multi-scale modeling has been developed to predict the initiation and propagation of damage in plain weave fabrics. For this purpose, microscopic damage in yarns and resin is calculated by an RVE (Representative Volume Element) FE simulation. By applying suitable boundary conditions of RVE, macro-scale average stresses were derived to extract the components of the equivalent stiffness matrix. Finally, by developing UMAT and USDFLD subroutines in the ABAQUS commercial software, the strength of the woven composite rings is predicted numerically. In order to confirm the numerical predictions, composite rings using the woven glass tapes of 5 cm width and epoxy resin are fabricated according to ASTM D2290 and tested. A good correlation between experimental and numerical results could confirm the accuracy of the finite element simulation.
    Keywords: Progressive damage, Woven fabrics, RVE
  • S. Saravani , B. Keshtegar * Pages 41-60
    The computational burdens and more accurate approximations for the estimation of the failure probability are the main concerns in the structural reliability analyses. The Monte Carlo simulation (MCS) method can simply provide an accurate estimation for the failure probability, but it is a time-consuming method for complex reliability engineering problems with a low failure probability and may efficiently approximate the failure probability. In this paper, the efficiency of MCS for the computations of the performance function is improved using a random-weighted method known as the random-weighted MCS (RWMC) method. By using the weighted exponential function, the weights of random data points generated by MCS are adjusted by selecting the random point in the design space. The convergence performances including the computational burdens for evaluating the limit sate function and the accuracy of failure probabilities of RWMC are compared with MCS by using several nonlinear and complex mathematical and structural problems with normal and no-normal random variables. The results indicate that the proposed RWMC method can estimate the accurate results with the less computational burdens, about 100 to 1000 times faster than MCS
    Keywords: Monte Carlo Simulation, Structural reliability analysis, Failure possibility, Random- weighted Monte Carlo simulation
  • M. Rabbani *, E. Asgaari , A. Ghavamifar , H. Farrokhi, Asl Pages 61-78
    In the recent decades, raw materials and resources have been remarkable issues for researchers; in other words, they play an important role in manufacturing industries or service organizations. On the other hand, the population is increasing every day. An increase in the population means the increased demand for goods or services. Therefore, more resources are needed to deliver services or goods. For this reason, government agencies and environmental agencies have developed and enforced stringent laws against producers and service providers who have exceeded the permissible limits for the environment; in some cases, the use of resources has been even restricted. In the meantime, the supply chain has become one of the major issues that can greatly influence this issue. In this research, the supply chain of the closed loop has been modeled due to uncertainty, disturbances and cost of production. The purpose of this problem has been to minimize the cost of the system in question based on the location decisions, and flow rates between levels and sales. The Lagrangian liberation solution method is used to solve this NP-hard problem. In the end, a numerical example has been employed to test the model and the proposed solution method. The results show that the time of implementation of the large-scale problem with GAMS is higher than that of the proposed method.
    Keywords: Closed loop supply chain, Disruption, Risk, Lagrangian relaxatio, Uncertainty
  • H. Arzani *, E. Khoshbavar Rad Pages 79-96
    In this paper, a method is proposed to improve the results of the standard finite element method. L2 norm is used to determine the nodal error. In the next step, the appropriate order of the interpolation cover is seclected to be proportional to the nodal error and the results are corrected. The error computation procedure and the use of covering enrichment functions will continue until the error reaches the specified value. Cover enrichment interpolation functions will consider the effects of the adjacent elements of each node, in addition to the values obtained from the standard interpolation for each element. Computation rules are programmed in the matlab program and considered for the same examples. Comparison of the results of the proposed method with the exact solutions and the results of the methods proposed by the other researchers in the field of linear elasticity indicates the efficiency and accuracy of the proposed method.
    Keywords: Mesh refinement, Enriched finite element, Mesh generation, Interpolation cover functions, Adaptive analysis
  • M. Khashei , Sh. Torbat * Pages 97-111
    Financial crises in banking systems are due to inability to manage credit risks. Credit scoring is one of the risk management techniques that analyze the borrower's risk. In this paper, using the advantages of computational intelligence as well as soft computing methods, a new hybrid approach is proposed in order to improve credit risk management. In the proposed method, for modeling in uncertainty conditions, parameters of the neural network, including weights and errors, are considered in the form of fuzzy numbers. In this method, the underlying system is firstly modeled using neural networks and then, using fuzzy inferences, the optimal decision will be determined with the highest degree of superiority. Empirical results of using the proposed method indicate the efficiency and high accuracy of this method in analyzing credit rating problems.
    Keywords: Credit scoring, Classification methods, Multilayer perceptrons (MLPs), Artificial neural networks, Fuzzy logic
  • S. M. Seyed Sharafy , S. Hatami * Pages 113-138
    Diagonal Strap bracing is one of the most applicable lateral bracing systems in light steel framing (LSF). In practice, one or more panels of Gypsum Wall Boards (GWBs) is used for the cladding of strap braced frames. Usually, the effect of these GWBs in modelling and design is neglected by designers, but this effect can affect the seismic performance of the system In this paper, firstly, a simple numerical method is developed to model the monotonic and cyclic behavior of cold-formed strap braced shear walls together with GWBs. Then, the effects of GWB on the lateral characteristics and seismic performance levels of shear walls are evaluated. It is found that neglecting GWB in the lateral design or modeling of LSF is not rational and GWB can increase the dissipation of earthquake energy, lateral strength and stiffness of the walls. Also, the shear wall composed of strap bracing and SWBs reaches a certain performance level in a less drift ratio in comparison to to only strap braced system
    Keywords: Light steel framing, Numerical modeling, Gypsum board, Shear wall, Seismic performance level