نشریه علمی پژوهشی روشهای عددی در مهندسی

در تحقیق حاضر تحلیل غیرخطی دیوار های برشی بتنی مسلح با مدل عددی غیرخطی جدید براساس دیدگاه مکانیک آسیب و احتساب اندرکنش بتن و فولاد ارائه شده است. مدلسازی رفتار غیرخطی بتن با استفاده از مدل ترک پخشی چرخشی با دیدگاه مکانیک آسیب انجام شده است. مدل آسیب پیشنهادی برای مدلسازی رفتار لرزه ای بتن در برگیرنده ویژگ یهای یک مدل کامل برای مدلسازی رفتار غیرخطی لرزه ای بتن شامل: مدلسازی رفتار قبل از ترک خوردگی، معیار مناسب برای شروع نرم شوندگی، حفظ انرژی شکست ، مدلسازی رفتار نرم شوندگی، معیاری برای باز و بسته شدن ترک (بارگذاری-باربرداری مجدد) و احتساب مدل میرائی مناسب در بارگذاری های دینامیکی است. مدل پیشنهادی بعد از صحت سنجی با مثال های نمونه معتبر، در تحلیل های این تحقیق به کار رفته است. در مدلسازی فولاد از یک مدل دوخطی با دو روش متفاوت: مدل المان فولاد خرپایی مجزا و مدل فولاد پخشی استفاده شده است. در مدل المان فولاد خرپایی مجزا، اثر پیوستگی- لغزش بین فولاد و بتن با استفاده از مدل المان پیوستگی اتصالی لحاظ شده است. براساس الگوریتمهای ارائه شده، یک کد المان محدود به زبان فرترن توسعه داده شد. در ادامه صحت کارکرد مدل و الگوریتم های عددی ارائه شده با مقایسه نتایج حاصله با نتایج تجربی موجود، مورد ارزیابی قرار در IAEA مطابق با آزمون های تجربی انجام شده بر روی میز لرزه CAMUS III و CAMUS I گرفت. درنهایت مدلسازی عددی دیوارهای بتن مسلح کشور فرانسه، صورت گرفته است. مقایسات انجام شده صحت کارکرد مدل و الگوریتم پیشنهادی را تأیید می کنند. نتایج حاصله، هم در میزان جابه جایی های پیش بینی شده و هم در الگوهای ترک محاسبه شده سازه با نتایج آزمایشگاهی تطابق بسیار خوبی نشان داده اس ت . به هم ین صورت دیده می شود که استفاده از روش فولاد خرپایی منجر به افزایش دقت پاسخ بیشینه تغییرمکان تا % 7 نسبت به استفاده از روش فولاد پخشی شده است.

از آنجایی‌که جهت طراحی بهینه میراگرجرمی هماهنگ شده در سازه­ های غیرخطی تحت اثر زلزله روابط ریاضی مشخصی وجود ندارد؛ استفاده از روش‌های بهینه­ سازی عددی در سال‌های اخیر رواج یافته است. در روش‌های عددی، بهینه­ سازی پارامترهای میراگر تحت اثر یک زلزله مشخص صورت می­ گیرد و با تغییر مشخصات زلزله ورودی، کارائی میراگر تغییر می­ کند. برای رفع این مشکل، در این مقاله با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی مصنوعی روش جدیدی ارائه گردیده که در آن اثرات هفت زلزله سازگار با شرایط زمین­ ساختی منطقه در بهینه­ سازی پارامترهای میراگر همزمان لحاظ می­ شود. روش پیشنهادی در یک سازه نمونه به‌کار رفته و نتایج حاکی از موفقیت آن در کاهش متوسط ماکزیمم پاسخ­ حاصل از هفت زلزله است.‏

در این پژوهش، یک روش جدید به نام الگوریتم پوسته الاستیک برای طراحی معکوس ایرفویل دو بعدی در رژیم جریان لزج ارائه شده است. در این روش که جزء روش های تکراری است، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطافپ ذیر درنظر گرفته می شود. اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل جابه جایی تیر انعطافپ ذیر است که مقدار آن از حل معادلات المان محدود تیر تیموشنکو دو گرهی به دست می آید. به منظور ارزیابی روش ارائه شده، ایرفویلهای مختلفی در رژیمهای جریان مادون صوت و گذرصوت مورد بررسی قرار گرفته اند و توانمندی روش را در حضور جدایش جریان و شوک عمودی نشان می دهد. سه مثال طراحی جهت اثبات کارآیی این روش ارائه شده است.

در این مقاله با استفاده از روش اختلالی هموتوپی 1 رفتار دینامیکی یک تیر انعطاف پذیر همراه با جرم های متحرک دارای حرکت متناوب مطالعه شده است. ضابطه مرز بین نواحی پایدار و ناپایدار و مکان هندسی شرایط بروز رزونانس در صفحه جرم -سرعت جرم متحرک به صورت نیمه تحلیلی تعیین شده است. نتیجه آنالیز پایداری با استفاده از تئوری فلاکه 2 تأیید شده است. ملاحظه می شود که با لحاظ اثر اصطکاک بین تیر و جسم متحرک، سیستم تیر-جرم متحرک به یک سیستم غیرخطی متغیر با زمان تبدیل می شود. رفتار دینامیکی این سیستم مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج مشابهی برای شرایط ناپایداری و رزونانس ارائه شده است. مجموعه این نتایج توسط شبیه سازی عددی رفتار دینامیکی سیستم مورد تأیید قرارگرفته است.

در این تحقیق برای اولین بار مقایسه ی روش های بولتزمن شبکه ا ی با ضریب تخفیف منفرد، چندتایی و انتروپی بر روی شبکه بندی غیریکنواخت انجام شده و کاربرد این روش ها در شبیه سازی میکروجریان های همدمای دو بعدی در یک حفره، یک کانال و یک کانال با انبساط ناگهانی در محدودهی رژیم لغزشی و تا حدودی رژیم گذار مورد مطالعه قرار گرفته است. در این کار به منظور استفاده از شبکه بندی غی ر یکنواخت از روش بولتزمن شبکه ای مبتنی بر حداقل مربعات و بسط سری تیلور استفاده شده است. همچنین برای در نظر گرفتن لغزش رو ی دیواره ها، از شرایط مرزی پخش مولکولی و روش ترکیبی کمانه کردن و آینه ای و برای محاسبه ی ضرایب تخفیف روش های بولتزمن شبکه ای، از مرتبط کردن آن به عدد نادسن استفاده گردیده است. سپس با تحلیل و بررسی نتایج شبیه سازیها، به مقایسه ی روشها ی بولتزمن شبکه ای مختلف در شبیه سازی میکروجریان ها پرداخته شده است. با مقایسه ی نتایج شبیه سازی های عددی به دست آمده در این کار با نتایج ارائه شده توسط سایر محققین، اعتبار و صحت برنامه های کامپیوتری و دقت جواب ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش ها ی بولتزمن شبکه ای با ضریب تخفیف چندتایی نسبت به سایر روش ها قابلیت شبیه سازی میکروجریان ها با عدد نادسن بالاتر را دارد.

در مقاله حاضر بعد از صحت سنجی یک مدل عددی با نتایج آزمایشات سانتریفیوژ انجام گرفته بر روی یک تونل متـرو، اثـر سـازه زیرزمینی بر حداکثر شتاب سطح زمین در دو حالت رفتارخطی و غیرخطی خاک مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در محـدوده فرکانس طبیعی سیستم، مدل غیرخطی، کوچک نمایی PGA در اثر حضور سازه نسبت به میدان آزاد را نشان می دهد؛ در حالیکه در مدل خطـی عکس این روند مشاهده می شود. در محدوده فرکانسهای خارج از فرکانس های طبیعی سیستم، ضریب بزرگنمایی در مـدل خطـی و غیرخطـی نزدیک به یکدیگر بوده و هر دو مدل در فرکانس های پایین، بزرگ نمایی و در فرکانس های بالا، کوچک نمایی PGA نسبت به میـدان آزاد را نشـان می دهند.

در این مقاله، روشی جدید جهت تشخیص محل آسیب در قاب های برشی با کمک داده های دینامیکی، ارائه شده است. برای این منظور، اندیس جدیدی بر اساس جابجایی استاتیکی تخمین زده شده با کمک داده های مودال محدود و تئوری ارتباط خاکستری پیشنهاد شده است. برای بررسی کارآیی روش ارائه شده، الگو های آسیبی مختلفی بر روی سه نوع از قاب های برشی با تعداد طبقات متفاوت، مطالعه شده است که در آنها، تاثیرات عواملی نظیر وجود نوفه در داده های اولیه، تعداد مودهای در دسترس، الگوهای آسیبی مختلف، و نامنظمی در جرم و سختی سازه، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، حاکی از کارآیی و دقت مناسب و قابل قبول روش ارائه شده در تعیین محل آسیب های رخداده در قابهای برشی می باشند. از مهمترین مزایای روش پیشنهادی، می توان به قابلیت شناسایی آسیب ها تنها با داده های مود اول، حساسیت بسیار کم به وجود نوفه ها و سرعت و دقت بالا در تشخیص محل آسیب ها، اشاره کرد.

فروپاشی در اثر کمانش یکی از فرایندهای مهم در سازه های جدار نازک تحت فشار است. این سازه ها درشرایط خاصـی مـی تواننـد تحت بار کششی به صورت موضعی کمانش کنند. در این مقاله، کمانش پانل های ترکدار بررسی شده است. اثر عوامل مختلف مانند طول و امتـداد ترک، طول، عرض و ضخامت پانل و شرایط تکیه گاهی بر بار کمانشی فشاری و کششی تعیین شده است. ابعاد هندسـی پانـل، کمتـرین تـأثیر و مشخصات ترک، بیشترین تأثیر را در کاهش استحکام کمانشی پانل ترکدار در مقایسه با پانل بدون ترک دارند.

هدف از ارائه این مقاله ارائه الگوریتم کاربردی جهت تحلیل ارتعاشات شفت - پروانه در شناورهای دریایی می­ باشد. در ابتدا شناور زیر­سطحی در سرعت­ های مختلف در حالت ناپایا با استفاده از روش حجم ‌محدود مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. بر‌اساس نتایج به‌دست آمده از این تحلیل میدان دنباله پاشنه شناور و ورودی به پروانه در زمان­ های مختلف استخراج شده است. میدان جریان ورودی به پروانه در کد المان مرزی لحاظ شده است و با استفاده از این کد پروانه شناور در حالت ناپایا مورد تحلیل قرار گرفته است و نیروها و گشتاورهای اصلی و جانبی روی پروانه استخراج شده است. سپس داده ­های به‌دست آمده از روش المان­ مرزی به‌همراه هندسه دقیق شفت و پروانه با استفاده از روش المان­ محدود مورد بررسی قرار گرفته است. فرکانس طبیعی و اجباری پروانه در مودهای ارتعاشی مختلف تعیین شده ­اند. با توجه به داده‌های به‌دست آمده از آنالیز عددی المان‌ محدود، بیشترین جابجایی پروانه مربوط به نوک پره در حالت ارتعاشات اجباری می­ باشد.

تحلیل پراکندگی شبکه یکی از معیارهای بررسی کارآیی روش اجزای محدود در شبیه سازی انتشار امواج صوتی یا امواج الاست یک است. مشکلی که معمولا در استفاده از این روش درشبیه سازی مسائل انتشار موج به وجود می آید به ناپیوستگی های میدانی برمی گردد که نهایتاً منجر به تغییر در اندازه و جهت بردار سرعت موج از یک جزء به جزء مجاور می شوند. برای حل این مشکل و بهبود دقت پاسخ ها دو راه حل پیشنهاد شده اند که عبارتند ازتغییر روش انتگرالگیری و تغییر توابع شکل. در این تحقیق از روش اجزای محدود ایزوجئومتریک استفاده شده- است. در این روش از توابع شکل بی-اسپلاین و نربز استفاده می شود که باعث بهبود دقت پاسخ ها خصوصاً در مسائل دینامیک سازهای یک بعدی شده اند. درجه پیوستگی این توابع شکل در مرز دو جزء مجاور می تواند بزرگتر از صفر باشد. در این تحقیق، تحلیل دو بعدی پراکندگی شبکه درانتشار موج در حالت کرنش صفحه ای برای اولین بار ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که پراکندگی شبکه در درجات آزادی یکسان، در مقایسه با روش اجزای محدود کلاسیک، به نصف کاهش می ییابد.

این مقاله یک مدل ماکرو را برای پیش بینی رفتار درون صفحه سازه های بنایی غیرمسلح ارائه می دهد. مدل مزبور برمبنای مفهوم تئوری چند صفحه ای ارائه می شود. از این روش درگذشته برای مدل سازی رفتار ماسه ها، با صرف نظر از چسبندگی و مقاومت کششی، استفاده شده است. با توجه به پایه ریاضی این روش و امکان گسترش آن در سایر مواد، در تحقیق حاضر این روش بر ای پیش بینی بار شکست در سازه های بنایی غیرمسلح به کار می رود. این مدل قادر است ناهمسانی تحمیلی مصالح شکننده را مانند بتن ، سنگ و مصالح بنایی، که به دلیل ترک خوردن ایجاد می شود، به طور ذاتی در نظر بگیرد. در این راستا سطح تسلیم مورد استفاده شامل سطح تسلیم موهرکلمب تعمیم یافته به همراه کپ فشاری و قطع کننده کششی است. مقایسه پیش بینی های عددی از تحلیل غیرخطی سازه های بنایی غیرمسلح در مقابل باره ا ی جانبی با نتایج به دست آمده از داد ه های آزمایشگاهی توانایی این مدل را در تحلیل شکست سازه های بنایی نشان می دهد.

در پژوهش حاضر از یک روش تک سیالی به همراه روش اویلری- لاگرانژی ALE برای شبیه سازی جریان تراکم پذیر انفجار زیر آب استفاده شده است. همچنین از حلگر دقیق ریمان به همراه معادله ی حالت متناسب با رفتار ترمودینامیکی آب در فرآیند انفجار استفاده شده است. حل دوبعدی انفجار زیر آب در نزدیکی یک صفحه به همراه کاویتاسیون مدلسازی شده است. به منظور شبیه سازی دقیق محل موج از یک شبکه ی تطبیقی در دامنه ی حل استفاده شده است. شبیه سازی مسأله ی انفجار زیر آب دارای تطابق بسیار خوبی با کارهای مشابه عددی می باشند که نشان دهنده ی قابلیت روش حاضر در شبیه سازی فیزیک انفجار در زیر آب و مدلسازی تغییرات حجم حباب انفجاری و نیز ایجاد و اضمحلال ناحیه ی کاویتاسیون در انفجار زیر آب می باشد.

وجود نقاط تکین درون دامنه حل و یا برروی مرزها موجب کاهش دقت و شیب هم گرایی روش های عددی می شود. این پدیده در مسائل مهندسی عمدتاً به دلیل وجود ناپیوستگی در شرایط مرزی و یا تغییر ناگهانی در شکل دامنه به وقوع می پیوندد. در این تحقیق حل مسائل تکین ورق با استفاده از روش بدون شبکه توابع پایه نمایی مورد توجه قرار می گیرد. در این روش توابع مجهول به صورت یک ترکیب خطی از توابع پایه نمایی درنظر گرفته شده و ضرایب ثابت آن با برآورده شدن تقریبی شرایط مرزی محاسبه می شود. برای بهبود دقت حل و شیب هم گرایی در مسائل دارای نقاط تکین، یک سری توابع تکین شبه نمایی به توابع پایه نمایی روش اضافه می شود. این توابع دارای ناپیوستگی مناسب در محل نقاط تکین بوده و مانند سایر توابع پایه نمایی معادله دیفرانسیل همگن را برآورده می کنند. نتایج حاصل از حل سه نمونه از مسائل ورق ترک خورده بیانگر افزایش چش مگیر دقت و شیب هم گرایی روش پیشنهادی نسبت به روش توابع پایه نمایی بدون افزایش زیادی در هزینه محاسباتی است.

در صنعت از چرخ دنده ها بصورت گسترده به منظور انتقال قدرت و یا تغییر جهت گشتاور انتقالی استفاده می شود و این حجم وسیع کاربری، اهمیت طراحی دقیق و نگهداری از این سیستم ها را بیش از پیش آشکار می کند. شناخت سیستم ها را می توان با مدل کردن و بررسی رفتار آنها و مقایسه با رفتار واقعی بدست آورد. تاکنون مدل سازی و تحلیل ارتعاشات غیرخطی سیستم انتقال قدرت چرخ دنده ای ترک دار با لحاظ کردن اثر اصطکاک خشک صورت نگرفته است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی ارتعاشات غیرخطی یک جفت چرخ دنده ساده درگیر ترک دار در حضور خطای انتقال استاتیکی، لقی، سفتی متغیر با زمان دندانه ها و اصطکاک خشک بین دندانه ها می باشد. بدین منظور ابتدا سفتی درگیری متغیر با زمان دندانه ها به صورت تحلیلی محاسبه شده و ترک ریشه دندانه با فرض دندانه بصورت یک تیر ترک دار یک سر گیردار مدل شده است. معادلات حاکم بر سیستم با در نظر گرفتن عوامل مذکور استخراج و برای اعمال اثر اصطکاک خشک، معادله حاکم در سه بازه زمانی جدا از هم بازنویسی شده است. در نهایت معادله حاکم با استفاده از روش رانگ-کوتا حل شده و تاثیر اصطکاک خشک و ترک ریشه دندانه بر ارتعاشات غیرخطی سیستم با استفاده از نمودارهای پاسخ فرکانسی و دوشاخگی بررسی شده است.

ورق های مرکب دوپایداره به علت داشتن دو حالت کاملاً پایدار و عدم نیاز به منبع دائم انرژی برای ماندن در هر کدام از این حالت های پایدار، کاربردهای فراوانی دارند. توجه این پژوهش بر بررسی پاسخ ارتعاشی و کنترلی صفحات مرکب دوپایداره با چینش[90/0] متمرکز شده است. بدین منظور با استفاده از روش ریلی - ریتز به همراه اصل هامیلتون و نوشتن برنامه ویژه در نرم افزار متلب، معادلات الکترومکانیکی حاکم بر ورق بدست آمده و در ادامه به منظور کنترل ارتعاشات ورق با استفاده از روش فازی، کنترلری طراحی و عملکرد آن در نرم افزار سیمولینک شبیه سازی شده است. به منظور نزدیک کردن شرایط مسئله به واقعیت، عواملی چون اغتشاش و تأخیر زمانی کنترلر در شبیه سازی لحاظ گردیده است.

در مقاله حاضر به کمک یکی از روشهای بدون المان به تحلیل استاتیکی ورقهای نازک با اشکال هندسی گوناگون بر مبنای تئوری های کلاسیک میندلین پرداخته شده است. در این روش عددی دامنه مسئله، تنها توسط مجموعه ای از گره ها بیان می شود و به هیچگونه شبکه بندی یا المان نیاز نیست. برای بیان دامنه مسائل با اشکال هندسی گوناگون ابتدا مجموعه ای از گره ها در یک دامنه مستطیلی استاندارد تعریف می شوند، سپس توسط یک نگاشت مرتبه سه این گره ها به دامنه مسئله اصلی انتقال می یابند، بنابراین می توان ورقهای با اشکال هندسی مختلف را تحلیل کرد. از میان روش های عددی بدون شبکه، در اینجا از روش بدون شبکه گالرکین (EFG) استفاده می شود. روش مذکور از روشهای انتگرالی فرم ضعیف می باشد که از توابع شکل MLS جهت تقریب استفاده می کند. با توجه به عدم خاصیت دلتا در توابع شکل MLS نمی توان شرایط مرزی را بصورت مستقیم اعمال کرد، لذا برای اعمال شرایط مرزی از روش لاگرانژ استفاده می شود. در پایان برای نشان دادن صحت روش حل، جوابهای روش حاضر با جوابهای حاصل از حل تحلیلی ورقها و روشهای المان محدود مقایسه خواهد شد. و پس ار تایید صحت روش حل به حل چند نمونه جدید پرداخته خواهد شد.

در مقاله حاضر به بررسی عددی تاثیر ایجاد فیلت بر روی محور در مقاومت خستگی سایشی آن پرداخته شده و نتایج حاصل از مدلسازی عددی با داده های آزمایشگاهی موجود در ادبیات فن مقایسه می گردد. بمنظور بررسی مقاومت خستگی سایشی محور از معیارهای خستگی چند محوره و پارامتر دوم خستگی سایشی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهند که ایجاد فیلت بر روی محور باعث بهبود مقاومت خستگی می گردد که میزان این بهبود به شعاع فیلت و نسبت قطر محور بستگی دارد. علاوه بر این محل شکست محور نیز در اثر تغییر ابعاد فیلت و محور تغییر می کند. معیارهای خستگی چند محوره تا حدود زیادی در تخمین مقاومت خستگی محور موفق عمل می نمایند. با این حال نتایج حاصل از بررسی پارامتر دوم خستگی سایشی تطابق بهتری با نتایج حاصل از تستهای تجربی داشته و میتواند به عنوان معیاری مناسب جهت بررسی مقاومت خستگی سایشی محور مورد استفاده قرارگیرد.