فهرست مطالب

نشریه روش های عددی در مهندسی
سال سی و دوم شماره 2 (زمستان 1392)

  • تاریخ انتشار: 1392/11/19
  • تعداد عناوین: 10
|
  • شبیه سازی مرحله ی فشارزنی یک فرایند جذب سطحی با تناوب فشار با استفاده از روش شبکه بولتزمن دو جزیی
    مهدی رحمانی گورتانی، محمود اشرفی زاده صفحات 1-14
    در این تحقیق، مرحله ی فشارزنی یک فرایند جذب سطحی با تناوب فشار، برای اولین بار، با استفاده از روش شبکه بولتزمن شبیه سازی شده است. برای این منظور مدل D3Q27 روش شبکه بولتزمن انتروپیک دوجزیی برای جریان هوا شامل دو جزء اکسیژن و نیتروژن در یک بستر فشرده پیاده سازی شده و جذب اکسیژن و نیتروژن با استفاده از یک شرط مرزی جدید برای جذب، بر روی مرز دانه های جاذب کروی اعمال شده است. روش شبکه بولتزمن به کار رفته، معادلات ناویر- استوکس و معادله پخش استفان ماکسول را ارضا می کند. برای محاسبه ی میزان جذب از مدل نیرو محرکه ی خطی و ایزوترم لانگمویر دوجزیی استفاده شده است. برای بررسی صحت عملکرد مدل ارایه شده، میزان جذب اکسیژن و نیتروژن به صورت تک جزء و دو جزء محاسبه و با مقدار حاصل از ایزوترم لانگمویر مقایسه شده اند. نتایج حاصل دقت بالای مدل پیشنهادی را نشان می دهند.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • ترکیب روش VOF و هوش مصنوعی برای شبیه سازی سطح آزاد جریان سیال
    ناصر سلیمان بیگی، حبیب حکیم زاده، محمدرضا چناقلو صفحات 15-32
    در این مقاله، جزییات یک مدل عددی برای شبیه سازی جریان های سیال سطح آزاد ارائه شده است. این روش، ترکیبی از الگوریتم هوشمند ژنتیک و الگوریتم ردیابی سطح آزاد جریان سیال بر اساس اجزای دهنده و پذیرنده است. ویژگی روش جدید ترکیبی را می توان در نحوه ی تعیین بردار هادی اجزای سطح آزاد و محاسبه مشخصات صفحه گذرنده از اجزای مذکور، خلاصه کرد. الگوریتم پیشنهادی را می توان به راحتی در شبکه بندی نایکنواخت به کار برد. مدل عددی مذکور برای شبیه سازی برخی از جریان های مبنا مورد ارزیابی قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصله با نتایج آزمایشگاهی و نتایج سایر پژوهشگران، نشان دهنده ی دقت و کارایی مدل پیشنهادی در بررسی انواع مسائل جریان سیال است.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • ارتعاش آزاد ورق نازک ناهمسان در ضخامت به روش نوار محدود دقیق
    محمدرضا سلطانی، شهاب الدین حاتمی، مجتبی ازهری صفحات 33-54
    در این مقاله، روش نوار محدود دقیق برای حل ارتعاش آزاد ورق های مستطیلی نازک ناهمسان در ضخامت تحت نیروهای درون صفحه توسعه داده می شود. بدین منظور در ابتدا به جای استفاده از تار میانی، از تار دیگری برای بسط معادلات دیفرانسیل حاکم بر ورق نازک مبتنی بر نظریه کلاسیک ورق استفاده می شود؛ به گونه ای که معادلات درون صفحه و برون صفحه از هم مستقل شده و به صورت غیردرگیر باشند. سپس روش نوار محدود دقیق برای حل معادلات دیفرانسیل غیردرگیر در شرایطی که دو لبه موازی ورق مفصلی است، توسعه داده می شود. در این روش هر ورق چنددهانه، به تعداد اندکی نوار محدود تقسیم می شود. تابع شکل هر نوار محدود، در راستای عمود بر لبه های مفصلی، به شکل سینوسی در نظر گرفته شده؛ و تابع شکل در جهت دیگر از حل تحلیلی معادله دیفرانسیل حاکم بر ارتعاش آزاد ورق ناهمسان در ضخامت استخراج می شود. بدین صورت درایه های ماتریس سختی دقیق هر نوار محدود، تابعی ضمنی از فرکانس های طبیعی، نیروهای درون صفحه، و مشخصات هندسی و مصالح ورق حاصل می شود. از آنجا که الگوریتم های استاندارد مقادیر ویژه قادر به حل ارتعاش آزاد مسئله نیستند؛ با توسعه ی الگوریتمی موثر، فرکانس های دقیق ارتعاش آزاد ورق از دترمینان ماتریس سختی کل حاصل می شود. نتایج به دست آمده از این روش با سایر نتایج موجود، مقایسه و صحت آن بررسی می شود. در ادامه با ارائه مثال هایی، قابلیت این روش در حل مسائل متنوع با تغییر در پارامترهایی همچون شرایط مرزی، تکیه گاه های میانی، نیروهای درون صفحه، نسبت طول به عرض، و توان کسر حجمی بررسی می شود. همان گونه که انتظار می رود با افزایش سختی تکیه گاه ها و افزایش نیروی کششی درون صفحه، فرکانس طبیعی ارتعاش آزاد افزایش می یابد. مقادیر فرکانس های طبیعی ارتعاش آزاد ورق های ناهمسان در ضخامت حاصل از روش نوار محدود دقیق می توانند به عنوان مرجعی برای بررسی دقت نتایج حاصله از روش های عددی ارائه شده توسط سایر محققان به کار گرفته شوند. البته نظریه کلاسیک ورق که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است، برای ورق های نازک معتبر است؛ لذا با افزایش ضخامت ورق، از دقت نتایج در مقایسه با نظریه های تغییرشکل برشی کاسته می شود.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • تحلیل مودال عملیاتی ماشینهای دوار با استفاده از روش بهبود یافته MCFDD درحوزه فرکانس
    محمدحسن مسجدیان، مهدی کشمیری صفحات 55-70
    تحلیل مودال عملیاتی می تواند روشی کاربردی برای استخراج پارامترهای مودال ماشین های دوار باشد. اما پاسخ ارتعاشی ماشین های دوار حاوی تحریک های هارمونیک متعدد و قدرتمندی است که روش های تحلیل مودال عملیاتی را با مشکل جدی روبرو می کند. در این مقاله اندیس کورتزیز برای شناسایی مولفه های هارمونیک پاسخ و روش CFDD برای حذف تحریک های هارمونیک و استخراج پارامترهای مودال ماشین در حال کار مورد استفاده قرار گرفته است. سپس به منظور افزایش دقت و کارایی روش CFDD، روش MCFDD پیشنهاد شده است. دقت، کارایی و راندمان محاسباتی این روش با شبیه سازی نرم افزاری در یک سیستم چهار درجه آزادی، آزمون مودال عملیاتی یک تیر فولادی و نهایتا آزمون مودال عملیاتی یک فن در مجتمع فولاد مبارکه نشان داده شده است.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • تحلیل ارتعاشی تیر دوران کننده ترک دار با سطح مقطع متغیر با استفاده از روش انتقال دیفرانسیل
    سعید طالبی، علیرضا آریایی صفحات 71-86
    در این مقاله مشخصه های ارتعاشی یک تیر اویلر- برنولی ترک دار در حال دوران با سطح مقطع متغیر با استفاده از روش انتقال دیفرانسیل بررسی می شود. اثر موقعیت و اندازه ترک، سرعت چرخش و شعاع چرخش تیر در محاسبه فرکانس های طبیعی و شکل مودها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج عددی برای تیر دورانی بدون ترک و ترک دار اویلر- برنولی با سطح مقطع متغیر به دست آمده و با روش های دیگر مقایسه می شود. مشاهده می شود که دقت روش انتقال دیفرانسیل برای تحلیل ارتعاشی تیرهای دورانی با سطح مقطع متغیر خصوصا برای سرعت های دورانی زیاد، نسبت به روش های دیگر بیشتر است.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • الگوی بزرگ نمایی دره های نیم سینوسی در برابر امواج مهاجم قایم SH
    مهدی پنجی، محسن کمالیان، جعفر عسگری مارنانی، محمد کاظم جعفری صفحات 87-11
    در این مقاله به ارایه الگوهای مختلف بزرگ نمایی سطح دره دوبعدی نیم سینوسی و مجاور آن در برابر هجوم امواج برشی قائم خارج از صفحه (SH) پرداخته شده است. فرمول بندی اجزای مرزی نیم صفحه در حوزه زمان پیشنهاد شده مولفان برای استخراج نتایج به کار گرفته شده است. دوری از استلزام به شبکه بندی دامنه وسیعی از سطح صاف زمین و تمرکز اجزا تنها بر روی سطح دره، تمایز بارز تحقیق حاضر در قیاس با مطالعات پیشین اجزای مرزی است. در این میان اثر پارامترهای کلیدی چون نسبت شکل دره و طول موج مهاجم در تغییر الگوی پاسخ حساسیت سنجی شده است. بررسی نتایج حاکی از تاثیر چشم گیر عوامل مذکور در بروز رفتارهای متفاوت سطح دره است. همچنین پتانسیل بزرگ نمایی دره نیم سینوسی تحت امواج مهاجم خارج از صفحه (SH) در مقایسه با امواج درون صفحه (SV) مبین مقادیر بزرگتری است. دستاوردهای حاصل به صورت جداول و روابطی خلاصه سازی شده که می تواند پیرامون بحث ریزپهنه بندی لرزه ای و در راستای تصحیح و تکمیل مطالعات موجود مورد استفاده قرار بگیرد.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • بررسی طیف ایجاد شده در نقاط مختلف دره با استفاده از روش اجزای مرزی سه بعدی
    محسن ایثاری، رضا تاری نژاد، محمد تقی اعلمی صفحات 113-129
    تجارب زلزله های متعدد در دنیا نشان می دهد برای یک زمین لرزه مشخص، میزان آسیب سازه ها با مشخصه های تقریبا همسان به شدت متاثر از وضعیت ساختگاه است که به آن اثرات ساختگاهی گفته می شود. این اثرات باعث ایجاد تحریک های نایکنواخت بر روی سازه های حساسی می شود که در چنین ساختگاه هایی ساخته می شوند. در این تحقیق، روش اجزای مرزی سه بعدی که یکی از فنون های عددی بسیار قدرتمند برای تحلیل مسائل به ویژه موضوعات مربوط به انتشار امواج است، برای بررسی طیف در نقاط مختلف دره تحت پارامترهای مختلف (زوایا و مصالح) استفاده شده است. نتایج به دست آمده در این مقاله نشان می دهد که طیف برای یک ساختگاه دره ای، به نوع خاک و راستای برخورد امواج بستگی داشته و می تواند مقادیر مختلفی در نقاط گوناگون همان ساختگاه داشته باشد. بنابراین این اثرات باید به دقت در طراحی سازه های حساسی مانند سدها در نظر گرفته شود.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • تاثیر استحاله ی فازی حالت جامد بر شکل گیری تنش های پسماند حاصل از جوشکاری در لوله های فولادی کربن متوسط
    محمد مشایخی، هادی هدایتی، احسان برزآبادی صفحات 131-149
    در این پژوهش با ارایه یک آلگوریتم کارا تاثیر استحاله ی فازی حالت جامد بر شکل گیری تنش های پسماند، در جوشکاری لب به لب محیطی لوله های فولادی کربن متوسط مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور یک تحلیل ترمو- الاستیک- پلاستیک که با یک تحلیل متالورژیکی همبسته است به روش اجزای محدود انجام می گیرد. فرایند جوشکاری به صورت دوبعدی و سه بعدی به کمک دو زیر برنامه؛ یک زیر برنامه برای اعمال شار گرمایی و دیگری برای اعمال استحاله ی فازی - تبدیل آستنیت به مارتنزیت- شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد تغییرات حجمی ناشی از تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت تاثیر قابل توجهی بر مقدار و توزیع تنش های پسماند دارد و در مواردی می تواند ماهیت تنش ها را از حالت کششی مخرب به فشاری تغییر دهد.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • مدل سازی جدا شدگی بین بتن و ورق FRP در تیرهای بتن مسلح تقویت شده به روش اجزای محدود
    داوود مستوفی نژاد، سید جلیل حسینی * صفحات 151-171

    تیرهای بتنی که در خمش با چسباندن ورق هایی از جنس پلیمر های مسلح کننده الیافی تقویت شده اند، ممکن است بر اثر وقوع مکانیسم های جدا شدگی گسیخته شوند. در این صورت، قبل از آن که تیر تقویت شده آسیب جدی ببیند، ورق از تیر جدا می شود. در این مقاله راه کاری بر پایه ی روش ترک های هاله ای برای شبیه سازی فرآیند جدا شدگی در مدل اجزای محدود تیر های بتن آرمه ی تقویت شده ارائه می شود. بدین منظور در ابتدا پدیده های موثر در شبیه سازی جدا شدگی بررسی می شوند؛ در ادامه با استفاده از اجزای چسبنده ی موجود در نرم افزار ABAQUS، شیوه ای برای لحاظ کردن این پدیده ها و شبیه سازی عددی جداشدگی ارائه می شود. روش کار بدین صورت است که پارامترهای تعیین کننده ی رفتار اجزای چسبنده به نحوی تنظیم می شوند که لغزش بین سطح ورق FRP و بستر تیر بتنی و جداشدگی آن ها از مدل پیشنهادی لو تبعیت کند. برای اطمینان از صحت عملکرد روش پیشنهادی، از میان نمونه های موجود در مراجع فنی، چهار تیر مدل سازی شده و نتایج حاصله با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود. با توجه به این که نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی هم خوانی قابل قبولی دارند، می توان نتیجه گرفت که دقت روش پیشنهادی قابل قبول است.

    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
  • روش خطی سازی چند مرحله ای در تحلیل هیدرولیکی شبکه های آبرسانی
    ناصر موسویان، محمدرضا جعفرزاده صفحات 173-187
    در مقاله حاضر روشی نوین برای تحلیل هیدرولیکی شبکه های آبرسانی ارائه می شود. در این روش هر کدام از جملات غیرخطی معادلات انرژی با یک جمله خطی تخمین زده می شود. در نتیجه سیستم معادلات خطی- غیر خطی به یک دستگاه معادلات خطی- خطی شده تبدیل و حل می شود. جواب حاصله تخمین مناسبی برای ادامه عملیات خطی سازی است به این صورت که در مرحله بعد توابع غیر خطی در بازه ی کوچکتری، در حوالی جواب خطی سازی می شوند. عملیات متوالی تا رسیدن به دقت مطلوب ادامه پیدا می کند. مقایسه الگوریتم خطی سازی چند مرحله ای با روش های نیوتن رافسون، سکانت و گرادیان سراسری در مثال های متعدد، حجم محاسبات کمتر این روش و زمان همگرایی کوتاه تر آن را تایید می کند.
    چکیده مشاهده متن زبان: فارسی
|
  • Simulation of Pressurization Step of a PSA Process using the Multi-Component Lattice Boltzmann Method
    M. Rahmani Gurtani, M. Ashrafizaadeh Pages 1-14
    The pressurization step of a PSA process has been simulated using the lattice Boltzmann method. The entropic D3Q27 lattice model for the multi-component oxygen-nitrogen combination of air streaming through a packed bed is proposed and a new boundary condition of oxygen and nitrogen adsorption was applied on the granules surface. The Boltzmann method satisfies both the Navier-Stokes equations and the Stefan-Maxwell diffusion equations. In order to evaluate the adsorption rate, the LDF model with the Langmuier multi-component isotherm were used. To verify the correctness of the presented model, the adsorption rate of each component has been compared with those obtained using the Langmuier isotherm model for single and multi-component test cases. Results confirmed the accuracy of the proposed model.
    Keywords: Lattice Boltzmann method, Adsorption, Binary mixture, PSA
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Combination of VOF and artificial intelligence methods to Simulate free surface of the fluid flow
    N. Soleiman Beygi, H. Hakimzadeh, M. R. Chenaglou Pages 15-32
    In this paper, a numerical model for simulation of free surface fluid flows is presented. This method is a combination of smart genetic algorithm and free surface fluid flow tracking algorithm based on donor and acceptor elements. The specification of the new combinational method can be summarized in determining orientation vector and plane constant passing through free surface cells. The proposed algorithm can be easily used in non uniform grids. This numerical model has been applied to simulate some of benchmark flow problems and also compared with the experimental data and other researcher's results. The comparisons indicated that the described numerical model is able to make accurate predictions, and is also simple to apply for many fluid flow problems.
    Keywords: Genetic Algorithm, Free surface fluid flow, Volume of Fluid Flow, Numerical modeling
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Operational Modal Analysis of Rotating Machinery Using a Modified Frequency Domain Method
    M.H. Masjedian, M. Keshmiri Pages 55-70
    Operational modal analysis can be used as a useful method for modal identification of rotating machinery. Response of a rotary machine contains several powerful harmonic components which make the OMA methods face several problems. In this paper, kurtosis index is used for detection of response harmonic components. Then, CFDD method is modified for removing the harmonic effects and extracting the modal parameters. Accuracy, applicability and computational efficiency of the proposed method are evaluated through computer simulation of a 4DOF system, an operational modal analysis experiment on a steel beam, and operational modal analysis of a large industrial fan in Mobarakeh Steel Complex.
    Keywords: Operational Modal Analysis, Rotating Machinery, Harmonic Excitations
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Vibration Analysis of a Cracked Rotating Tapered Cantilever Beam Using Differential Transform Method
    S. Talebi, A. Ariaei Pages 71-86
    This paper studies the vibration characteristics of a cracked rotating tapered cantilever Euler–Bernoulli beam with linearly varying transverse cross-section using Differential Transform Method (DTM). The effects of the crack location, crack size, rotating speed and hub radius in calculating the natural frequencies and mode shapes of cracked tapered beam by using this method are investigated. Numerical results for a beam with and without crack with variable cross-section are obtained and compared with other methods. It is seen that the accuracy of the differential transform method for the vibration analysis of the beams with variable cross-section is higher than other methods, especially for the case of high rotational speed.
    Keywords: Euler, Bernoulli Beam, Differential transform method, Rotating beam, Crack, Natural frequency
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Amplification Pattern of Semi-Sine Shaped Valleys Subjected to Vertically Propagating Incident SH Waves
    M. Panji, M. Kamalian, J. Asgari Marnani, M. K. Jafari Pages 87-11
    In this paper, different amplification patterns of 2-D semi-sine shaped valleys and their surroundings subjected to vertically propagating incident out-of-plane SH waves are presented. The half-plane time domain BEM approach proposed by the authors was used to obtain the results. Compared to the previous studies on boundary elements, avoiding a wide range of ground surface meshing and focusing the elements only on the valley surface were the obvious distinctions of the present study. In this regard, effects of key parameters such as shape ratio of the valley and wavelength of incident waves were considered. Evaluation of the results indicated significant influence of the mentioned parameters on the valley surface behavior. Also, the amplification potential of semi-sine shaped valley under vertically out-of-plane SH wave had a higher amplitude than in-plane SV wave. The obtained results can be used for seismic micro-zonation discussion in order to correct and complete the existing studies.
    Keywords: Half, plane BEM, Time, domain, Semi, sine shaped valley, Amplification pattern, SH wave
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Investigation of Displacement Spectrum Created in Different Parts of Canyon Using Three-Dimensional Boundary Element Method
    M. Isari, R. Tarinejad, M. T. Aalami Pages 113-129
    Several earthquake experiences in the world have displayed that the amount of damage of structures with similar characteristics for a certain earthquake is strongly influenced by site conditions called site effects. These effects can cause nonuniform stimulation to crucial structures which are made on these sites. In this research, a three dimensional boundary element method, which is one of the most powerful numerical techniques for analyzing problems, was used. This method is important especially for the issues related to the wave propagation, and for the investigation of displacement spectrum in different parts of canyon under different parameters (angles and materials). The results of this paper indicated that the displacement spectrum for a canyon site depended on soil type and wave incident angle, and could have various values in different parts of the same site. Therefore, these effects must be considered in designing important structures such as dams.
    Keywords: displacement spectrum, canyon site, scattering waves, site effects, boundary element metho
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Effects of Solid-State Phase Transformation on the Evolution of Welding Residual Stresses in Medium Carbon Steel Pipes
    M. Mashayekhi, H. Hedayati, E. B. Farahani Pages 131-149
    In the pressent study, the effect of the solid-state phase transformation on the evolution of residual stresses in circumferentially butt-welded medium carbon steel pipes is survied using an effective algorithme. For this purpose a thermoelastic- plastic analysis coupled with metallurgical analysis using finite element method is implemented. Welding process is simulated in 2-D and 3-D using two subroutines: one for applying heat flux and the other to consider the effect of phase transformation due to austenite-martensite transformation. The simulation results show that austenite-martensite transformation has significant effects on magnitude and distribution of residual stresses, and in some cases, it changes its nature from tensile to compressive stresses.
    Keywords: circumferential butt welding, welding residual stresses, solid, state phase transformation
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Modeling FRP- Concrete Interface Debonding in Strengthened Reinforced Concrete Beams Using Finite Element Method
    D. Mostofinejad, S. J. Hoseini Pages 151-171

    Reinforced concrete (RC) beams strengthened in flexure with a bonded fiber reinforced polymer (FRP) plate may fail by debonding mechanism, in which the FRP plate is detached from the beam surface in lower levels of ultimate strain of FRP. This paper presents a new method based on the smeard crack approach for finite element simulation of debonding process. For this purpose, first the problems involved in numerical simulation of debonding were investigated. Then, a technique based on cohesive elements implied in the software was used. To evaluate the proposed technique, 4 experimental RC beams strengthened with FRP plates were modeled. The results showed that the predicted ultimate loads and the whole behavior of the beams under the loads were in very good agreement with experimental data.

    Keywords: Flexural strengthening, Debonding, Fiber reinforced polymer (FRP), Reinforced concrete, Finite element method
    Abstract View Paper Original: Persian
  • Multistage Linearization Method for Hydraulic Analysis of Water Distribution Networks
    N. Moosavian, M. R. Jaefarzadeh Pages 173-187
    A novel method is presented for hydraulic analysis of water distribution networks. In this method, each non-linear term in energy equations is estimated with a linear counterpart. Thereby, the system of linear-nonlinear equations is converted into a system of linear-linear equations and resolved. The solution is an appropriate estimation for the next iteration stage where the nonlinear terms are linearized in a smaller interval near it. The successive iterations are continued to a desirable precision. Comparing the multistage linearization algorithm with the Newton-Raphson, secant and global gradient methods in several examples confirms its less computational operation and faster convergence time.
    Keywords: Hydraulic analysis, Multistage linearization method, Water distribution network
    Abstract View Paper Original: Persian