فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 30 (پاییز 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/08/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی بقایی، حسین شاهوردی، سیدمحمود هاشمی نژاد صفحات 1-17
    در این مقاله از سیستمی چند جسمی در محیط نرم افزار ADAMS برای مدل سازی رفتار غیرخطی توربین بادی با سکوی پایه کششی تحت باد و موج تصادفی استفاده شده است. برای بارگذاری ناشی از باد، داده های باد متلاطم توسط نرم افزار TurbSim استخراج و از ماژول AeroDyn برای محاسبه نیروهای برا و پسای پره های توربین استفاده شده است. مدل های آیرودینامیکی موجود در این ماژول، دربردارنده تئوری اندازه حرکت المان پره و دنباله دینامیکی تعمیم یافته هستند. بارهای هیدرودینامیکی در حوزه زمان با استفاده از ماژول HydroDyn استخراج و محاسبه گردیده اند. مدل محاسباتی موجود در این ماژول شامل سختی هیدرواستاتیکی خطی، پسای لزجت غیرخطی ناشی از سینماتیک موج برخوردی، جریان دریا و حرکت سکو، جرم افزوده و سهم استهلاک تشعشع موج خطی شامل آثار حافظه سطح آزاد و تحریک موج برخوردی ناشی از تفرق خطی در دریاهای منظم یا نامنظم، می باشد. با برقراری اتصال این ماژول ها با محیط محاسبه گر نرم افزار ADAMS، شبیه سازی آیروهیدروالاستیک توربین بادی پایه کششی در حوزه زمان حاصل شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی حاضر با نتایج نرم افزار FAST مقایسه شده است. نتایج تحلیل انجام یافته این اطمینان را می دهد که ابزار شبیه سازی برای تحلیل گونه های دیگر توربین بادی، سکوی نگهدارنده و اشکال سامانه مهار، قابل بکارگیری است.
    کلیدواژگان: توربین بادی شناور، دینامیک چند جسمی، سکوی پایه کششی، آیروهیدروالاستیک
  • عباس طالشی انبوهی، پدرام زمانی، محمدرضا آشوری، محمد مهدی خطیبی صفحات 19-31
    آنالیز مودال یک دانش در حال توسعه در زمینه ی مطالعه ی خواص دینامیکی سازه ها می باشد. در عمل مدل هایی که بوسیله ی آزمایش مودال ایجاد می شوند، با مشکلات زیادی مواجه هستند. یکی از دلایل کاهش دقت در آزمایش مودال خطاهایی است که با استفاده از وسایلی مانند شتاب سنج ها و فنرها ایجاد می شوند. در این مقاله، حذف اثر جرم شتاب سنج از پاسخ فرکانسی سازه، مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور یک استراتژی برای حذف اثر جرم بر مبنای آنالیز حساسیت ارائه می شود. در این روش مقدار تغییر جرم و محل اندازه گیری پاسخ سازه بر اساس کمترین خطای حاصل در اصلاح فرکانس، انتخاب می گردد. به منظور بررسی روش ارائه شده، از مدل یک سیستم جرم و فنر استفاده و استراتژی مذکور بر روی آن پیاده سازی شده است. همچنین به منظور بررسی تجربی، یک تیر فلزی تحت آزمایش مودال کلاسیک قرار گرفته است و با استفاده از استراتژی پیشنهادی اثر جرم شتاب سنج ها از نتایج آزمایش حذف شده است. نتایج عددی و تجربی حاصل، کارایی الگوریتم ارائه شده را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: آنالیز مودال، آنالیز حساسیت، تابع پاسخ فرکانسی، جرم شتاب سنج
  • غلامرضا قدرتی امیری، سیدعلی رضویان امرئی، وحید شیخی صفحات 33-41
    در سالیان اخیر محققین گام های موثری در بهسازی لرزه ای سازه ها برداشته اند و دیدگاه آنان در فراهم آوردن طرح ایمن از تامین مقاومت، متوجه عملکرد سازه ها گردیده است. روش تحلیل استاتیکی غیر خطی یا بارافزون یکی از روش های نوینی است که علاوه بر سرعت بالا و سادگی محاسبات، مورد توجه قرار گرفته است. دستورالعمل بهسازی لرزه ای و FEMA356 این روش را مورد توجه قرار داده اند. نتیجه این تحلیل تغییر مکان هدفی است که مبنای تعیین عملکرد سازه و بهسازی آن قرار می گیرد. تحلیل دینامیکی غیر خطی تنها روشی است که امروزه با بالاترین دقت اثرات محرک لرزه ای بر سازه ها را بررسی می کند. یکی از ضرایبی که در تعیین تغییر مکان هدف در این روش به کار می رود، ضریب کاهش سختی و مقاومت (C2) است؛ که برای اصلاح خطای در نظر نگرفتن اثرات کاهش سختی و کاهش مقاومت چرخه های هیسترزیسی است. در این مطالعه سه قاب بتن مسلح با دیوار برشی که مطابق با استاندارد 2800 ویرایش 3 طراحی شده اند، تحت تاثیر شتاب نگاشت های مختلفی که مطابق با دستورالعمل های FEMA273 و FEMA356 همپایه شده اند، قرار گرفته اند. با انجام تحلیل بارافزون و مقایسه نتایج آن با نتایج تحلیل دینامیکی، مقدار بدست آمده برای C2 با مقادیر پیشنهادی دستورالعمل بهسازی مقایسه شده است. که با افزایش زمان تناوب سازه، از میزان ضریب C2 کاسته می شود، به طوری که می توان در زمان تناوب های بالاتر آن را برابر یک در نظر گرفت و در محاسبات جابجایی هدف از آن صرف نظر نمود. بیشترین تاثیر کاهش مقاومت وکاهش سختی بر آسیب های وارد شده، در سازه های با زمان تناوب پایین تر مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل استاتیکی غیر خطی، تحلیل دینامیکی غیر خطی، ضریب C2، تغییر مکان هدف، منحنی های هیسترزیس، قاب بتن مسلح، دیوار برشی
  • محمد همت اسفه، سیف الله سعدالدین صفحات 43-60
    تمرکز این مقاله، بر روی مسئله جریان سیال و انتقال حرارت جابجایی ترکیبی در نانو سیال با چسبندگی دینامیکی و ضریب هدایت حرارتی وابسته به دما، در یک محفظه کشیده با نسبت منظرهای متفاوت می باشد. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به همراه شرایط مرزی، بوسیله روش حجم محدود با سیستم شبکه جابجاشده به صورت عددی با استفاده از یک کد کامپیوتری به زبان فرترن، حل شده است. در این مطالعه، تاثیر مربوط به تغییرات نسبت سرعت دیواره های متحرک، نسبت منظر و تاثیر وجود نانوذرات، بر مشخصه های هیدرودینامیکی و حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. دو نوع سیال آب و نانو سیال آب/آلومینا با قطر نانوذرات 80 نانومتر، نسبت قطرها 006/0 و دمای 298 کلوین، به عنوان سیال عامل مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج حاصله نشان می دهد، در یک محدوده پارامتری ثابت، انتقال حرارت در محفظه کشیده با طولی دو برابر ارتفاع (نسبت منظر برابر 2) از سایر نسبت منظرها، بسیار بیشتر است. همچنین وجود نانوذرات باعث افزایش انتقال حرارت درون محفظه می شود.
    کلیدواژگان: محفظه کشیده، نسبت منظر، نسبت سرعت، نانوسیال خواص متغیر، انتقال حرارت
  • حمید فلقی، مریم رمضانی، محمودرضا حقی فام صفحات 61-75
    قابلیت تبادل در سیستم قدرت تجدید ساختار یافته، مبنای تنظیم تبادلات توان بین نواحی را تشکیل می دهد. با حضور نیروگاه های بادی در سیستم قدرت برای تولید انرژی الکتریکی، مدل سازی و بررسی اثرات آن بر سیستم امری مهم جلوه می نماید. در این میان عدم قطعیت های ناشی از شرایط بهره برداری شبکه و ماهیت تصادفی نیروگاه های بادی، لزوم استفاده از روش های احتمالاتی برای ارزیابی قابلیت تبادل سیستم های قدرت با نیروگاه های بادی را قوت بخشیده است. خصوصیت تصادفی نیروگاه های بادی، تاثیرات قابل تاملی را بر قابلیت تبادل ایجاد می کند؛ که به عوامل متعددی چون محل اتصال نیروگاه بادی، ظرفیت آن و رژیم باد وابسته است. در این مقاله تاثیر نیروگاه های بادی بر قابلیت تبادل بین نواحی، مدل سازی شده و مورد تحلیل قرار می گیرد. به این منظور از شبیه سازی مونت کارلو و روش پخش بار بهینه برای مدل سازی و ارزیابی احتمالاتی قابلیت تبادل استفاده شده است. در روش پیشنهادی قیود وابسته به منابع تولیدی، حد حرارتی خطوط و ولتاژ مجاز باس ها در ارزیابی قابلیت تبادل مورد توجه قرار گرفته است. شبکه 24 باسه IEEE به منظور انجام تحلیل ها مورد استفاده قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: شبکه های انتقال نیرو، قابلیت تبادل کلی، نیروگاه بادی، شبیه سازی مونت کارلو، مدل سازی احتمالاتی
  • علی قدوسیان، مجتبی شیخی *، محمدرضا رستمی صفحات 77-86

    مکانیک تماس یکی از شاخه های مهم و پر کاربرد در مکانیک جامدات می باشد. هدف این مقاله به کارگیری روش بهینه سازی تکاملی دو طرفه برای رسیدن به شکل بهینه سطوح تماس در سازه ها تحت بارگذاری چندگانه می باشد. در اینجا برای مدل سازی سطوح تماس، بین هر دو گره متناظر در حال تماس، یک المان فاصله در نظر گرفته شده طوری که با تغییر طول این المان های فاصله، شکل سطح تماس تعیین می شود. مدل سازی سطح تماس با المان های فاصله، موجب ساده تر شدن تحلیل مسئله به کمک روش اجزای محدود و کاهش حجم زیاد محاسبات غیر خطی مسئله می شود. در روش بهینه سازی تکاملی سازه ها برای به دست آوردن شکل بهینه سطح تماس، در طی یک فرآیند ساده با افزایش تدریجی طول المان های ناکارآمد، شکل سازه به یک حالت بهینه همگرا می شود اما در این مقاله با به کارگیری روش بهینه سازی تکاملی دو طرفه سازه ها امکان افزایش و کاهش طول المان های فاصله، به طور همزمان وجود دارد که این مورد، باعث افزایش سرعت همگرایی روش شده است. در اینجا معیار کارآیی هر المان، فاصله در طی فرآیند بهینه سازی با به کارگیری روش تنش بیشینه و روش میانگین وزنی ارزیابی می شود و در نهایت یک توزیع یکنواخت از تنش در طول سطح تماس حاصل می شود.

    کلیدواژگان: مکانیک تماس، روش بهینه سازی تکاملی دو طرفه سازه ها، بهینه سازی شکل، بارگذاری چندگانه، روش تنش بیشینه، روش میانگین وزنی
  • فاطمه یحیی زاده ساروی، محمدرضا قاسمی، علی حکمت ناظمی صفحات 87-97
    کراکینگ کاتالیستی بستر سیال یا FCC (Fluid Catalytic Cracking) از روش های مهم تبدیل برش های سنگین نفتی به برش های سبکی چون بنزین و LPG (Liquid Petroleum Gas) است. در این مطالعه، مدل سازی پایا و یک بعدی رایزر (بالابرنده) فرایند FCC، با در نظرگرفتن مدل سینتیکی 4 لامپ (Lump)، انجام شد. مدل با استفاده از موازنه جرم، مومنتوم و انرژی به کمک MATLAB برنامه نویسی گردید. مدل بر اساس این واقعیت که ذرات کاتالیست در طول رایزر به صورت کلاستر (Cluster) حرکت می کند، ایجاد شده است. در این مقاله، از فرض ثابت بودن قطر کلاستر در طول رایزر صرف نظر شده و مدل سازی با در نظرگرفتن تغییرات قطر کلاستر در طول رایزر انجام شده است. با استفاده از مدل حاصل، بازده محصولات، پروفایل دمای درون رایزر، سرعت فاز گاز و جامد، سرعت کاهش فعالیت کاتالیست و تغییر اندازه قطر کلاستر در طول رایزر بررسی شده است. صحت این مدل با 4 نمونه صنعتی گزارش شده در مقالات، معتبرسازی شده است. نتایج بدست آمده در انتهای رایزر با درصد خطای میانگین 12/3 درصد برای بازده بنزین، 35/5 درصد برای بازده کک و 81/1 درصد برای دمای رایزر، مطابقت خوبی با داده های صنعتی نشان داده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که درصد خطا نسبت به حالتی که قطر کلاستر در طول رایزر مقدار ثابتی فرض شده، کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: دل سازی، FCC، رایزر، بستر سیال، کلاستر
|
  • Taleshi Anbouhi, Zamani, Ashory, Khatibi Pages 19-31
    Modal testing is a developing expertise in the field of structural dynamics. However، in practice the models that are produced by modal testing procedure face different errors. One of the sources of error is mass-loading effects of accelerometers. This article targets the elimination of mass-loading effects of accelerometers from measured frequency response functions. A strategy based on sensitivity analysis is introduced for this purpose. In this approach the amount of added masses and the locations of structural responses are selected based on the minimum error in correction method. A mass-spring-damper system is used to validate the method numerical. Also، a steel beam is examined to demonstrate the applicability of method in practical cases. The numerical and experimental case studies show the effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Modal Analysis, Sensitivity Analysis, Frequency Response Function, Mass of Accelerometer
  • Ghodrati Amiri, Razavian Amrei, Sheikhi Pages 33-41
    Ever-increasing need of our country in studying rehabilitation of existing buildings and necessity of using applied analysis in these structures persuade us into searching in the area of effects which exist in analytical procedures. Recently، researchers have developed structures rehabilitation effectively. Their view in providing safe design of strength supply is considered to the structure`s performance. Nonlinear static procedure analysis or push over is one of the new procedures، which in spite of its high speed and simplicity of its calculation، is considered because of using FEMA356 and seismic rehabilitation code. The result of this analysis is targeted displacement which is considered as the basis for determining the structures performance and rehabilitation. If we can recognize this result exactly، it will increase the exactness of pushover analysis efficiency. Nonlinear Dynamic Analysis is the only procedures that study the effects of seismic motive on structures with the highest exactness، but it isn’t as applied as pushover procedure because of wasting a lot of time، high cost and difficulty. One of the coefficients applied to determining target displacement in this procedure is C2 which is used in order to reform the effects of reducing stiffness and strength of hysteresis loops that aren’t considered. In this research، It is tried to influence some reinforced concrete structures with shear walls، with different accelerations which are scaled according to FEMA356 and FEMA273 codes. These structures are designed according to the third edition of Standard 2800. At the end، the amount of C2 which is found is compared with the suggestive amount of rehabilitation code by analyzing push over and comparing its result with the result of Dynamic analysis.
    Keywords: Nonlinear Static Procedure Analysis, Nonlinear Dynamic Procedure Analysis, C2 Coefficient, Target Displacement, Hysteresis Loops, Reinforced Concrete Structures, Shear Walls
  • Hemmat Esfe, Saedodin Pages 43-60
    This article reports a numerical study of fluid flow and heat transfer of mixed convection in a shallow cavity with different aspect ratios subjected to a nanofluid with Temperature-dependent dynamic viscosity and thermal conductivity. The side walls of shallow cavity are assumed adiabatic whereas top and bottom walls are kept at low (Tc) and high (Th) temperatures، respectively. Using a developed FORTRAN code، equations of continuity، momentum and energy are solved with associated with boundary condition by a finite volume method (FVM)، numerically. The new models proposed by Xue and Jang are used to calculate the thermal conductivity and dynamic viscosity of nanofluid، respectively. The influence of changes in lids velocity ratios; aspect ratio، Richardson number and existence of nanoparticles on hydrodynamic and thermal characteristics have been investigated. Water and water/Al2O3 nanofluid with particle diameter of 80 nanometers، diameter ratio of 0. 006 and T=298 (K) have been used as working fluids. Results show that in a constant parametric range، heat transfer in a shallow cavity with Length twice the height (A. R=2) is more than compared to other cases. Also the existence of nanoparticles increases the heat transfer inside the cavity.
    Keywords: Shallow Cavity, Aspect Ratio, Velocity Ration, Variable Properties, Heat Transfer
  • Falaghi, Ramezani, Haghifam Pages 61-75
    Available transfer capability (ATC) is a key index to manage future transactions between areas in the open access environment. ATC is a probability index because of the uncertainties related to power system operation. On the other hand، the utilization of wind farm with the stochastic nature as an alternative for electric power generation adds a new probabilistic component to the system and emphasizes employing probabilistic methods to calculate transfer capability. Besides the fluctuating nature of wind farms، other factors such as connection bus of wind farm، its capacity، and wind speed regime can create a considerable impact on transfer capability. This paper uses the Monte Carlo simulation to produce system states and optimal power flow to calculate transfer capability considering operating limits of generating units، voltage and thermal limits. Case studies with the IEEE reliability test system (RTS) discuss about the impact of the mentioned factors on transfer capability.
    Keywords: Transmission Networks, Total Transfer Capability, Wind Farm, Monte Carlo Simulation, Probabilistic Modeling
  • Ghoddosian, Sheikhi, Rostami Pages 77-86

    Contact problems are one of widely used and important branches in solid mechanics. This paper aims at extending the bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) algorithm for optimal contact shape design in structures under the multiple load cases. In this study، the gap elements between the corresponding nodes on both surfaces are used not only to model contact states but also to modify the contact profile by changing the spacing to lengthen or shorten the gap between the corresponding nodes. Using gap elements، the analysis of contact problems by finite element method is simplified and the Enormous volume of non-linear calculations is reduced. Evolutionary structural optimization (ESO) method for obtaining the optimal shape of the contact surface، through a simple process with a gradual increase over the length of inefficient gap elements، the shape of the structure will converge to an optimal design. But in this paper by using the bi-directional evolutionary optimization method، there is the Possibility of increasing and decreasing of length gap elements simultaneously and so the speed of convergence has increased. In this paper، weighted average method and stress criterion are used for evaluation of the performance of gap element in optimization algorithm and finally a uniform distribution of stress along the contact surface is obtained.

    Keywords: Contact Problems, Bi, directional Evolutionary Structural Optimization, Shape Optimization, Multiple Load Cases, Weighted Average Method, Stress Criterion
  • Yahyazadeh Saravi, Ghasemi, Hekmat Nazemi Pages 87-97
    Fluid catalytic cracking (FCC) is an important petroleum process to convert heavy petroleum cuts into light cuts such as gasoline and LPG. In this work، a steady state one dimensional model of FCC riser using a 4-lump kinetic model was presented. Equations for mass، momentum and energy balance were written and coded by MATLAB. The model was written based on the upward movement of catalyst particles in the riser in a cluster formation. The modeling was based on the assumption that the clusters diameters were not constant، but varies all along the riser. Using the model، product yields، temperature profile in the riser، gas and solid velocity، catalyst decay rate and change in cluster diameter along the riser were investigated. The accuracy of the model was validated by 4 industrial cases that reported in the literature. The obtained results at the end of riser showed to be in good agreement with industrial data by average percentage error of 3. 12% for gasoline yield، 5. 35% for coke yield and 1. 81% for riser temperature. The results showed a decrease in percentage error when they were compared with the assumption of the constant cluster diameter along the riser.
    Keywords: Modeling, FCC, Riser, Fluidized Bed, Cluster