فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 21 (تابستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/05/12
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محسنعلی شایانفر، مصطفی خانزادی، محمد مهدی معمارپور، مهرداد کیمیایی صفحه 1
    استفاده از روش بارافزون در تعیین ظرفیت نهایی سکوهای دریایی با فرض اینکه بیشینه بار وارد شده برابر با حداکثر بار طراحی امواج باشد، به طور وسیعی در ارزیابی سازه ها مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که بارگذاری امواج ماهیت تناوبی دارد، نیاز است تا رابطه ای منطقی بین نحوه بارگذاری در مدل با آنچه در عمل اتفاق می افتد، وجود داشته باشد. در صورتیکه این بار به صورت استاتیکی به سازه اعمال شود، اثرات ناشی از بار متناوب و پاسخ دینامیکی سازه ممکن است از نتایج حذف شود. از دیگر پارامترهایی که در تعیین ظرفیت نهایی سکوها موثر است می توان به آرایش سازه ای سکو و شرایط تکیه گاهی آن اشاره نمود. در این تحقیق سعی شده است تا الگوی مناسبی در قالب تحلیل بارافزون دینامیکی بر مبنای بارگذاری شرایط طوفانی دریا برای سکوهای ثابت فلزی ارائه گردد تا با بهره گیری از آن، مقاومت نهایی یک سکوی نمونه با دو نوع آرایش مهاربندی و نیز در نظر گرفتن شرایط تکیه گاهی مختلف (گیردار، مفصلی و اندرکنش خاک-شمع-سازه) ارزیابی شود که نتایج نشانگر آن است که ظرفیت دینامیکی سکوی بررسی شده کوچکتر از ظرفیت استاتیکی بوده و به عبارت دیگر تعیین ظرفیت استاتیکی همواره در جهت اطمینان نمی باشد.
    کلیدواژگان: سکوهای دریایی، ظرفیت نهایی، تحلیل بارافزون، اندر کنش خاک، شمع، سازه، بارگذاری محیطی امواج
  • عبدالحسین حداد، حجت دهستانی * صفحه 15

    بحث بهینه سازی عناصر تسلیح کننده در پایدارسازی شیب های سنگی به علت تحمیل هزینه های کلان در این گونه عملیات و مشکلات ناشی از لغزش و ناپایداری این شیب ها به واسطه عدم تسلیح کافی، همواره یکی از موضوعات مورد توجه محققین در زمینه های ژئومکانیک و ژئوتکنیک بوده است. بدین منظور در این تحقیق به بررسی توزیع بهینه عناصر تسلیح کننده بر روی شیب های سنگی که احتمال ناپایداری دارند، پرداخته شده و روش جدید سطح تسلیح مورد نیاز یا DRD (Degree of Reinforcement Demand) به کار گرفته شده است. هدف این روش ارائه یک روند منطقی جهت توزیع بهینه عناصر تسلیح کننده ی مورد نیاز در شیب های سنگی ناپایدار و به خصوص نواحی بحرانی است.در این روش شیب سنگی با توجه به خواص هندسی منطقه بندی شده و برای هر منطقه با توجه به خواص هندسی و ژئومکانیکی لایه ها ضرایب تاثیر و سپس ماتریس ضرایب تاثیر بدست می آید. در ادامه با استفاده از روش اجزای محدود و مدل سازی عددی تغییرمکان هر یک از مناطق و بعد از آن ماتریس نسبت تغییرمکان مناطق تقسیم بندی شده بدست می آید. در انتها طی یک عملیات ماتریسی مقادیر DRD هر منطقه بدست آمده و توزیع عناصر تسلیح کننده بر اساس این مقادیر صورت می گیرد. به منظور ارائه کاربردی، توزیع بهینه عناصر تسلیح کننده در شیب های سنگی سد سیاه بیشه مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: ضرایب تاثیر، پیچ سنگ، پایدارسازی، سطح تسلیح مورد نیاز
  • محمد امین ترابی زاده، محمود مهرداد شکریه، عبدالحسین فریدون صفحه 33
    به دلیل کاربرد وسیع کامپوزیت ها در دماهای پایین، رفتار مکانیکی کامپوزیت های پلیمری با الیاف شیشه در این دما می بایستی به خوبی شناخته شود. بررسی آزمایشگاهی و یا عددی صفحات شبه همسان گرد که می تواند دارای اثر تمرکز تنش نیز باشد تاکنون کمتر مورد توجه واقع گردیده است. در این تحقیق مدلی جهت پیش بینی تخریب پیش رونده صفحات شبه همسان گرد در دمای اتاق و °C 60- ارائه شده است. در این مدل از معیار تخریب Hashin که دقت روش های درجه دوم و قابلیت تشخیص شکل مود شکست روش تنش حداکثر را بصورت همزمان داراست استفاده شده است. نوع لایه چینی صفحه شبه همسان گرد با اثر تمرکز تنش انتخاب شده است. با کمک مجموعه آزمایشات انجام شده توسط نویسندگان این تحقیق، خواص اولیه لایه تک جهته در دمای °C 60- اندازه گیری و به عنوان ورودی به مدل داده شده است. بارگذاری استاتیکی به تدریج اعمال شده و در هر مرحله میدان تنش (شامل تنش های مکانیکی و حرارتی) در نقاط انتگرالی المان ها محاسبه و معیارهای تخریب جهت تشخیص احتمالی تخریب لایه در المان ها اعمال می گردد. خواص مکانیکی لایه های تخریب شده با توجه به شکل مد تخریب و با استفاده از قوانین کاهش خواص مکانیکی تغییر داده می شود. در صورت وجود تخریب، از روش بهبود یافته نیوتن رافسون جهت دستیابی به همگرایی استفاده می گردد. افزایش بار تا رسیدن به تخریب کامل صفحه ادامه پیدا می نماید. نتایج مدل ارائه شده ضمن نشان دادن اثر دمای پایین روی استحکام صفحات کامپوزیتی شبه همسان گرد، با مقادیر آزمایشگاهی نیز مطابقت خوبی دارد.
    کلیدواژگان: تخریب پیشرونده، کامپوزیت پلیمری، دمای پایین، بارگذاری کششی، تحلیل المان محدود
  • غلامعلی شفابخش، حسین نادرپور، فاضل فصیحی صفحه 45
    تحلیل روسازی های راه ها همواره بدلیل شناخت بهتر رفتار آنان تحت شرایط متفاوت از اهمیت بالایی برخوردار بوده و باعث درک بهتر و در نتیجه طرح روابط دقیق تر می گردد. در زمینه تحلیل روسازی ها، نرم افزارهای بسیاری ایجاد شده اند که بیشتر آنان بر پایه تئوری چند لایه ای و تعداد کمی بر اساس روش اجزای محدود ساخته شده اند. مشکل اصلی موجود در تمامی آنان، نیازشان به داده های ورودی زیاد، زمان بر بودن فرآیند مدل سازی و شبیه سازی تنها یک مقطع در هر زمان می باشد. از طرف دیگر شبکه های عصبی مصنوعی، به عنوان یکی از شاخه های علم هوش مصنوعی دارای مزایای زیادی است که از آن جمله می توان به محدود نمودن تعداد داده های ورودی، سرعت بالای فرآیند مدلسازی، توانایی مدل سازی همزمان چندین روسازی با شرایط مختلف و... را نام برد. در این مقاله پس از اطمینان از صحت نحوه مدل سازی روسازی های انعطاف پذیر با استفاده از 384 مدل انجام شده، به طرح شبکه عصبی مصنوعی جهت تحلیل روسازی های انعطاف پذیرپرداخته شده است. در نهایت شبکه بهینه از نوع انتشار برگشتی پیش خور با آرایش 2-10-8 با تابع انتقال سیگموید بعنوان شبکه بهینه انتخاب گردیده است.
    کلیدواژگان: روسازی های انعطاف پذیر_ تحلیل، اجزای محدود، شبکه عصبی مصنوعی، انتشار برگشتی
  • زهره شیخ خوزانی، خسرو حسینی، مهدی رحیمیان صفحه 57
    مدیریت منابع آب نیازمند تصمیم گیری آینده نگر با رویکردی جامع است. علم پویایی سیستم، یک ابزار مدیریتی بر اساس این نگرش می باشد. این علم قادر است شبیه سازی سیستم های پیچیده منابع آب را برای پشتیبانی تصمیم گیری انجام دهد. به کمک این شبیه سازی پیامدهای نامشخص تصمیم گیری ها آشکار می شود. هدف عمده این روش شبیه سازی، تسریع و تسهیل یادگیری رفتار سیستم ها در شرایط فعلی و آینده است. روش پویایی سیستم در واقع روش شبیه سازی شیءگرا و بر پایه بازخورد است که می تواند علاوه بر تشریح سیستم های پیچیده بر اساس واقعیت، امکان دخالت کاربر در توسعه مدل و جلب اطمینان وی را در طول فرآیند مدل سازی فراهم نماید. افزایش سرعت در توسعه مدل، قابلیت توسعه گروهی مدل، ارتباط موثر با نتایج و افزایش اعتماد به مدل در اثر مشارکت کاربر از مهمترین قابلیت های این روش شبیه سازی می باشد. سادگی ایجاد تغییر در مدل و قابلیت انجام آنالیز حساسیت، این روش را از دیگر روش های تحلیل مدل سازی جذاب تر نموده است. در این تحقیق مدلی از سد دامغان واقع در استان سمنان به روش پویایی سیستم توسعه داده شده است. هدف از این مدل سازی تعیین تاثیر سیاست های مختلف بهره برداری بر رفتار مخزن و میزان تامین نیازهای پایین دست در افق آینده (سال 1410) می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید که با اجرای سیاست های مناسب نه تنها می توان نیازهای مورد نظر را در حالت موجود در حد قابل قبولی تامین نمود، بلکه می توان توسعه نیازها را نیز در نظر گرفت. همچنین تعیین ارتفاع بهینه سد به صورتی که بتواند نیازهای مختلف را در حد قابل قبول تامین نماید، مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، بهره برداری، پویایی سیستم، مخازن چندمنظوره
  • جواد واثقی امیری، مرتضی نقی پور، زهره رحمانی * صفحه 67

    پس از وقوع زلزله نورثریج آمریکا (1994) و کوبه ژاپن (1995) و آسیب اتصالات خمشی، اتصال با ورق کناری (side plate) پیشنهاد گردید. این اتصال باعث دور شدن مفصل پلاستیک از محل اتصال می شود و مقاومت و شکل پذیری کافی برای پلاستیک شدن مقطع تیر را دارا می باشد. این سازه باید توانایی تغییر شکل های حاصل از نیروهای جانبی را داشته باشد که این توانایی تحت پارامتری به عنوان شکل پذیری تامین می شود. جهت دخالت دادن شکل پذیری در طراحی سازه ها و استفاده از تمامی ظرفیت سازه، از مفهوم ضریب رفتار در تحلیل خطی استفاده می شود. برای بررسی شکل پذیری و ضریب رفتار نیاز به آنالیزهای غیرخطی می باشد. بدین منظور نمونه هایی از سیستم قاب دوگانه با مهاربند هم مرکز دارای اتصال صفحات کناری با تغییر نوع اتصال تیر به ستون، نوع مهاربند، تعداد مهاربند و نوع الگوی بارگذاری در سه تراز ارتفاعی 4، 8 و 12 طبقه توسط نرم افزار PERFORM-3D به صورت استاتیکی غیرخطی تحلیل شده است. سپس به وسیله روش یوآنگ، ضریب رفتار، شکل پذیری، ضریب کاهش در اثر شکل پذیری و ضریب اضافه مقاومت مدل ها مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. مطابق این تحقیق، اتصال با صفحات کناری با دور کردن مفصل از بر ستون باعث افزایش ضریب رفتار می گردد. افزایش تعداد مهاربند نیز باعث افزایش ضریب رفتار می گردد. با بررسی های انجام شده بر روی سه نوع مهاربند شورون، قطری و ضربدری مشاهده گردید که مهاربند قطری دارای بیشترین و مهاربند شورون دارای کمترین مقدار ضریب رفتار می باشد. با مقایسه الگوهای بارگذاری مثلثی، مستطیلی و مودال نیز مشاهده گردید که در هر سه تراز ارتفاعی، الگوی بار مستطیلی بیشترین مقدار و الگوی بار مثلثی کمترین مقدار ضریب رفتار را دارا می باشد.

    کلیدواژگان: اتصال صفحات کناری، شکل پذیری، ضریب رفتار، مهاربند، تحلیل استاتیکی غیرخطی
  • محمد مهدی خطیبی، محمدرضا آشوری، علیرضا آلبویه صفحه 83
    تست مودال کلاسیک سازه هایی نظیر پل ها، برج ها و ساختمان ها، با مشکلاتی نظیر دشوار بودن تحریک و وجود نویز در اندازه گیری مواجه است. از این رو محققان سعی در ارائه روش های جدیدی نموده اند که در آن ها تحریک، به کمک نیروهای طبیعی صورت گرفته و خصوصیات دینامیکی سازه صرفا با اندازه گیری پاسخ بدست می آید. در این مقاله، به بررسی عددی و تجربی یکی از این روش ها به نام تجزیه فرکانسی پرداخته شده است. در بررسی عددی، از مدل یک ساختمان 6 طبقه استفاده شده است. بدین منظور ابتدا ساختمان به روش المان محدود مدل شده و پارامترهای مودال دقیق آن محاسبه شده است. سپس ساختمان در یک آزمایش شبیه سازی شده تحت تحریک اتفاقی قرار گرفته و با بکارگیری روش تجزیه فرکانسی بر روی پاسخ ها، پارامترهای مودال آن محاسبه شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج حل دقیق اختلافات اندکی را نشان می دهند، بعلاوه اثرات محل و نوع تحریک و همچنین اثر میزان نویز در نتایج، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به منظور بررسی تجربی روش مذکور، یک تیر دو سر گیر دار تحت تست مودال کلاسیک و تست ارتعاش محیطی قرار گرفته است. با اجرای روش تجزیه فرکانسی بر روی نتایج تست ارتعاش محیطی، پارامترهای مودال بدست آمده اند. مقایسه این نتایج با آنچه از تست مودال کلاسیک بدست آمده است، نشانگر دقت مناسب روش تجزیه فرکانسی در تقریب پارامترهای مودال سازه است.
    کلیدواژگان: آنالیز مودال محیطی، روش تجزیه فرکانسی، پارامترهای مودال، روش المان محدود
|
  • Shayanfar, Khanzadi, Memarpour, Kimiaei Page 1
    Quasi static push-over analysis is widely utilized to evaluate nonlinear behavior and ultimate capacity of offshore platforms against environmental wave loading. In reality the forces imparted by the waves traversing the structure, are dynamic loads. If these lateral dynamic loads are to be used in push over analysis, they can provide a more precise estimation of the maximum load that can be resisted by the structure compared to the value derived using quasi static approach. Other parameters that have effect on determination of the ultimate capacity of platforms are the platform structural configuration and its supporting conditions. In this paper, a comprehensive technique within a dynamic push-over analysis for jacket offshore platforms is provided. In the analyses performed herein, the ultimate capacity of a sample platform with two bracing configuration, and with different supporting conditions has been evaluated by using static and dynamic push-over analysis.
    Keywords: Offshore Platform, Ultimate Capacity, Push, over Analysis, Pile, soil, structure Interaction, Environmental Wave Loading
  • Hadad, Dehestani Page 15

    The Discussion of optimization of reinforcement elements in stabilizing rock slopes, due to the huge cost of such operations and problems caused by landslides and slope instability due to the lack of adequate reinforcement, has been always considered for researchers in the field of Geomechanic and Geotechnic. Therefore in this study the optimal distribution of reinforcement elements on the rock slopes which has the risk of instability in this study has been considered and new methods of reinforcing the required level or DRD method has been used. The purpose of this study is to provide a rational process for the optimum distribution of reinforcing elements that required in unstable rock slopes and especially critical zones. In this method, rock slope has been divided according to geometrical properties and for each zone with regard to geometrical and Geomechanical layer's properties, the coefficients and finally the Influence coefficients matrix is obtained. Also, according to finite element method and numerical modeling of displacement of each zone and then the displacement ratio matrix of divided zone is obtained. Eventually, within a matrix operation, DRD values for each zone obtain and distributions of reinforcement elements are done based on these values. In order to be practical, distribution of optimized reinforcement elements in rock slopes of Siah Bishe Dam has been evaluated.

    Keywords: Influence Coefficient, Stabilization, Rock Bolt, Level of Required Reinforcement
  • Torabizadeh, Shokrieh, Fereidoon Page 33
    Because of wide applications of composites at low temperatures, mechanical properties of glass fiber-reinforced epoxy have to be assessed at low temperatures. Experimental or analytical investigation on the tensile failure behavior of glass/epoxy laminated composite with/or without stress concentration subjected to thermo-mechanical static loadings at low temperatures has not been done yet. In the present work, a finite element model was developed to perform the progressive failure analysis of quasi isotropic composite plates at room temperature and -60°C. In this model Hashin failure criteria was used to detect possible failures. Quasi-isotropic laminates with stress concentration was selected. Full characterization of UD composite at -60°C was performed by a set of experimental tests. These results were used as input data for finite element model. The load is increased step by step. For each given load, the stresses (mechanical and thermal) are evaluated and the appropriate failure criterion is applied to inspect for possible failure. For the failed element, material properties are modified according to the failure mode using a non-zero stiffness degradation factor. Then, the modified Newton–Raphson iteration is carried out until convergence is reached. This analysis is repeated for each load increment until the final failure occurs and the ultimate strength is determined. The present method yields results in a reasonable agreement with the experimental data at room temperature and -60 ºC. The effect of low temperature on the failure mechanism of the plates was also determined.
    Keywords: Progressive Damage, Polymeric Composite, Low Temperature, Tensile Loading, Finite Element Analysis
  • Shafabakhsh, Naderpour, Fasihi Page 45
    Pavement analysis is an important field in pavement engineering, because of its causes on pavement behavior and obtaining more accurate equations for it. By science developing, many pavement analysis softwares have been developed which most of them are based on Multi-Layer Theory and a few work based on Finite Elements Method (FEM). Lots of input, spending much time in modeling process and to be unable to running more than one pavement modeling in a time are their main deficiencies. Artificial Neural Networks (ANN) as one of artificial intelligence algorithms has a lot of advantages such as low input numbers, reducing considerable time in the modeling process, multi pavement modeling at a time. In this article, after modeling verification, simulated an artificial neural network based on 384 models which were modeled by finite elements software and found a back propagation ANN with 8-10-2 combination with sigmoid transfer function which was the optimum network for the network.
    Keywords: Flexible Pavements, Analysis, Finite Elements, Artificial Neural Networks, Back Propagation
  • Sheikh Khozani, Hosseiny, Rahimian Page 57
    Water resources developments and the future planning need the management tools which would be capable to simulate the complicated systems in order to support decisions making. The main objective of this method of simulation is its simplicity and rapid learning of system behavior in present and future. System dynamics is a feedback –based object- oriented simulation approach which represents complex dynamic systems in a realistic way and also allows the involvement of users in model development. By this way, the confidence in modeling process increases. In this study, a dynamic model of Damghan dam (located in Semnan province) has been developed. The aim of this study is to determine the effect of different operation policies on the behavior of reservoir in supplying downstream demands until 2030. For this purpose, eight scenarios proposed. Among them, three scenarios give the best results in supplying the downstream demands. It is revealed that the application of suitable policies can provide the present demands and also the future developments. In this study, the dam height is optimized considering the suitable supply for downstream demands.
    Keywords: Simulation, Operation, System Dynamic Multipurpose Reservoirs
  • Vaseghi Amiri, Naghipour, Rahmani Page 67

    After the 1994 Northridge and 1995 Kobe earthquakes and the extensive damage in moment resisting connections side plate connection was introduced. This connection is able to hold plastic hinge far from the beam-column connection and has sufficient strength and ductility so plastic hinges can form in beams. The structure is expected to withstand large deformations resulting from lateral loads, this property of structures is defined as ductility. In order to include ductility in structure analysis and also to use entire capacity of the structure, the conception of R-factor is used in linear analysis. To evaluate the ductility and R-factor of a structure, use of nonlinear analysis is inevitable. In the present study models of dual systems with side plate connections, various types of bracing, different braced spans and lateral load distribution patterns has been nonlinearly analyzed using PERFORM-3D at different heights (4, 8 and 12 stories). Then using Uang method ductility, extra resistance and behavior factor of the models were obtained and compared. On the basis of this study, the side plate connection increases R-factor and as the number of bracing increases, R-factor increases as well. Studying chevron, diagonal and X bracing indicates that R-factor is the greatest for diagonal bracing and smallest for chevron bracing. Comparison of uniform, triangular and modal lateral loading patterns indicates that R-factor reaches its highest value for triangular lateral load distribution and the lowest value is obtained through triangular loading pattern.

    Keywords: Side plate Connection, Ductility, Response Modification Factor, Brace, Inelastic Static Analysis
  • Khatibi, Ashory, Albooyeh Page 83
    Classical modal testing of large structures such as bridges, towers and building is encountered with some problems such as exciting the structure and noisy environment. Therefore, researchers have proposed some new methods for identification of dynamic properties by measuring only the responses of structure. In this paper, one of the well-known methods entitled Frequency Domain Decomposition (FDD) is considered numerically and experimentally. The finite element method was used to conduct a model of a six stories building. The model was excited by random forces in a simulated test and modal parameters of the building were estimated. Also, the sensitivity of the results to the location and the type of excitation and measurement noise has been evaluated. To consider the FDD method experimentally, a clamped-clamped beam has been used. The classical and operational modal tests have been conducted on the beam and the modal parameters were estimated. The results of numerical and experimental studies show the effectiveness and accuracy of the FDD method in identification of modal parameters of structure.
    Keywords: Operational Modal Analysis, Frequency Domain Decomposition Method, Modal Parameters, Finite Element Method