مهندسی عمران شریف
سال:1398 | دوره:35-2 | شماره:2/2 |تعداد مقالات:14

روش حجم محدود به عنوان یکی از روش های معروف در حوزه ی مکانیک محاسباتی محسوب می شود. در پژوهش حاضر، از تقریب کمینه ی مربعات متحرک با قدرت تقریب مرتبه ی بالا، در روش حجم محدود برای تحلیل ورق خمشی رایسنر با ترک راه به در استفاده و ضرایب شدت تنش نوک ترک محاسبه شده است. نخست برای محاسبه ی ضریب شدت تنش در ورق های خمشی رایسنر، اندازه ی دامنه ی پشتیبانی برای حصول نتایج با دقت مناسب محاسبه شده است. با استفاده از مقدار تعیین شده ی اندازه ی دامنه ی پشتیبانی، ضرایب شدت تنش برای چند ورق ترک خورده محاسبه و نتایج حاصل با نتایج حاصل از روش های تحلیلی و همچنین نتایج حاصل از دیگر روش های عددی مقایسه شده است. تطابق خوبی بین نتایج حاصل از تحلیل حجم محدود با دیگر روش ها وجود دارد. نتایج به دست آمده نشان از توانایی خوب روش حجم محدود ارائه شده برای تحلیل ورق های ترک خورده است. همچنین از اندازه ی دامنه ی پشتیبانی پیشنهادی می توان به عنوان معیار مناسبی در حل مسائل ورق های خمشی ترک خورده استفاده کرد.

در نوشتار حاضر، یک روش شبه تحلیلی توسعه یافته برای حل مسئله ی رشد ترک هیدرولیکی در یک محیط کشسان و در حالت کرنش صفحه یی ارائه شده است. محیط نفوذناپذیر و چقرمگی آن نسبتاً زیاد فرض شده و همچنین جریان سیال غیرقابل تراکم و آرام در نظر گرفته شده است. ترک در همه ی زمان ها کاملاً از سیال پر شده و انتشار ترک در چارچوب مکانیک شکست خطی (LEFM) است، به عبارت دیگر، ترک به صورت شبه استاتیکی رشد می کند. مهم ترین فراسنج های مؤثر در مسئله ی حاضر عبارت اند از: گرانروی سیال، چقرمگی محیط، میزان دبی ورودی، مدول کشسانی، تنش محصورکننده و مقدار زمان تزریق. در پژوهش های اخیر، مسئله ی شکست هیدرولیکی با استفاده از روش های مختلف تحلیلی و شبه تحلیلی بررسی شد. در بسیاری موارد، نتایج پژوهش های انجام شده برای مقادیر کوچک از گرانروی سیال در مقابل سختی قابل قبول است، در صورتی که در پژوهش حاضر، با توسعه دادن روش اغتشاش، به کمک برخی از تبدیلات اویلری، نتایج برای مقادیر بزرگ تری از گرانروی نیز همگراست. نتایج این پژوهش با مدل سازی عددی موجود مقایسه و بررسی شده است.

چقرمگی شکست، خاصیتی از ماده ی دارای ترک است که مقاومت آن را در برابر رشد ترک نشان می دهد. معمولاً هر چه میزان پارامتر چقرمگی شکست بیشتر باشد، آن ماده بهتر می تواند در برابر رشد ترک و بارهای وارده مقاومت کند. در نوشتار حاضر، به منظور ارزیابی چقرمگی شکست آسفالت نیمه گرم حاوی الیاف مصنوعی (با پایه ی پلی اولفین و آرامید) و طبیعی (از نوع جوت)، نمونه هایی به صورت نیم دیسک و حاوی درصدهای مختلف از هر یک از الیاف گفته شده (0٫ 3، 0٫ 5 و 0٫ 7 درصد وزنی مخلوط آسفالت نیمه گرم) تهیه شد. در ادامه، برای تعیین موقعیت نسبی ترک در نمونه ها به منظور ایجاد شرایط بارگذاری در هر یک از مودهای بارگذاری و همچنین محاسبه ی ضرایب شکل نمونه های دارای ترک، تحلیل به روش المان محدود انجام شد. سپس با ایجاد ترک در نمونه های نیم دیسک و بارگذاری آن ها در سه دمای 0، 10− و 20− درجه ی سانتی گراد، چقرمگی شکست در هر یک از مودهای بارگذاری محاسبه شد. بررسی نتایج آزمایش ها و تحلیل های انجام شده نشان می دهد که چقرمگی شکست مخلوط آسفالت نیمه گرم حاوی الیاف طبیعی و مصنوعی نسبت به مخلوط بدون الیاف در مود کشش خالص و مود ترکیبی (برش و کشش برابر)افزایش می یابد، ولی روند مذکور با بیشتر شدن سهم برش به ویژه در الیاف طبیعی مشاهده نمی شود. همچنین در تمام مودهای بارگذاری و در تمام دماهای آزمایش، به ازاء درصد مساویِ الیاف، تأثیر الیاف مصنوعی در بهبود چقرمگی شکست آسفالت نیمه گرم بیشتر از الیاف طبیعی است.

در نوشتار حاضر، یک روش شبه تحلیلی توسعه یافته برای حل مسئله ی رشد ترک هیدرولیکی در یک محیط کشسان و در حالت کرنش صفحه یی ارائه شده است. محیط نفوذناپذیر و چقرمگی آن نسبتاً زیاد فرض شده و همچنین جریان سیال غیرقابل تراکم و آرام در نظر گرفته شده است. ترک در همه ی زمان ها کاملاً از سیال پر شده و انتشار ترک در چارچوب مکانیک شکست خطی (LEFM) است، به عبارت دیگر، ترک به صورت شبه استاتیکی رشد می کند. مهم ترین فراسنج های مؤثر در مسئله ی حاضر عبارت اند از: گرانروی سیال، چقرمگی محیط، میزان دبی ورودی، مدول کشسانی، تنش محصورکننده و مقدار زمان تزریق. در پژوهش های اخیر، مسئله ی شکست هیدرولیکی با استفاده از روش های مختلف تحلیلی و شبه تحلیلی بررسی شد. در بسیاری موارد، نتایج پژوهش های انجام شده برای مقادیر کوچک از گرانروی سیال در مقابل سختی قابل قبول است، در صورتی که در پژوهش حاضر، با توسعه دادن روش اغتشاش، به کمک برخی از تبدیلات اویلری، نتایج برای مقادیر بزرگ تری از گرانروی نیز همگراست. نتایج این پژوهش با مدل سازی عددی موجود مقایسه و بررسی شده است.

با توجه به تکرار بیش از حد تابع گاوسی شکل لنگر خمشی عمق $(M(z)-z)$، در نتایج بسیاری از آزمایش های تجربی و مدل سازی های فیزیکی و عددی استاتیکی لرزه یی، پیشنهاد روابطی جدید برای استفاده از موقعیت ذکر شده، مناسب به نظر می رسد. روابط جدید پلی میان مفهوم پرکاربرد منحنی های $p-y$ و تلاش های داخلی سازه یی شمع، به شکل لنگر خمشی $M(z)$ در طول آن ایجاد می کنند. در مطالعه ی حاضر، تابع لنگر خمشی در عمق، برای مسئله ی ردیف شمع های تحت بارگذاری جانبی زلزله ی حوزه ی نزدیک در شیب خاکی ماسه یی خشک به کمک نتایج تحلیل های عددی سه بعدی و مدل های فیزیکی ارائه شده است. سپس در گام بعدی، مقادیر لنگر خمشی به کمک روابط جدید پیشنهادی به منحنی های $p-y$ متناظر تبدیل می شوند. از جمله ی مهم ترین قابلیت ها و مزیت های روابط پیشنهادی جدید، سازگاری در ایجاد آن ها برای انواع خاک های دیگر، همانند خاک های رسی (یعنی خاک های چسبنده) و خاک های مختلط چسبنده دانه یی و نیز سنگ های ضعیف علاوه بر ماسه، سازگاری با نتایج آزمایش ها و مدل سازی های استاتیکی، سیکلی و لرزه یی و بی نیازی محاسبات از محاسبه ی ارتفاع سطح لغزنده ی ماسه در شیب ماسه یی و تحلیلی بودن کامل آن هاست. همچنین کلیه ی محاسبات ریاضی صورت گرفته، به شکل پارامتری است و به همین دلیل می توان با تغییر پارامترهای مشخص، هر نوع مسئله ی مشابهی را با روابط پیشنهادی کاملاً محاسبه کرد.

یکی از مهم ترین اقدامات مدیریت منابع انسانی، تأمین نیروی کار موردنیاز پروژه است که در جریان کار و پیشرفت پروژه تأثیر به سزایی دارد. در پژوهش حاضر، ابتدا با نگاهی دقیق تر، ضمن بررسی میزان نیاز به نیروی کار پروژه های ساخت براساس پیشرفت پروژه، مدل علی معلولی آن با استفاده از روش پویایی سیستم به دست آورده شده است. سپس، ساختار حالت جریان تخمین دقیق میزان نیاز به نیروی کار پروژه های ساخت توسعه داده شده است. در ادامه، اطلاعات لازم جهت کمّی سازی مدل شبیه ساز توسعه داده شده، برای یک پروژه ی انبوه سازی مسکن جمع آوری شده است. مدل ارائه شده در پژوهش حاضر، امکان تخمین دقیق میزان نیاز به نیروی کار پروژه های ساخت با لحاظ پویایی های موجود در پروژه را دارد. در نهایت، با استفاده از مدل ارائه شده، می توان برنامه ریزی لازم را جهت تأمین و تخصیص به موقع نیروی کار موردنیاز پروژه، قبل و در حین اجرای پروژه انجام داد و سیاست های لازم را جهت بهبود اجرای فرایند مذکور اعمال کرد.

دیوار برشی فولادی با ورق نازک، یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی است که رفتار آن تحت اثر خاک های مختلف پی با لحاظ اندرکنش خاک سازه بررسی نشده است. در نوشتار حاضر، سازه های 6، 12 و 25 طبقه با دو تیپ خاک 3 و 4 در زیر آن ها، تحت زلزله های دور از گسل و نزدیک تجزیه و تحلیل شده اند. تحلیل ها در دو حالت پایه ی ثابت و پایه ی اندرکنشی انجام شده و نتایج نشان داده است که نسبت برش به وزن مؤثر تجمعی طبقات در خاک های سخت تر )تیپ 3(، تحت هر دو زلزله ی دور و نزدیک با تغییرات ناچیز همراه است. اما در خاک های نرم تر )تیپ 4(، تحت زلزله های دور و نزدیک، نسبت مذکور کاهش می یابد. جابه جایی نسبی طبقات سازه ها در خاک سخت نسبت به خاک نرم، افزایش کمتری به همراه دارد که در خاک های نرم می تواند منجر به صدمات بیشتر سازه شود.

تجربیات به دست آمده از زلزله های اخیر، نمایانگر تأثیر شرایط محلی ساختگاه در کلیه ی خصوصیات مهم حرکت نیرومند زمین، نظیر: دامنه، محتوای بسامدی، و مدت زمان است. در نوشتار حاضر، به بررسی تأثیر پارامترهای مذکور در پاسخ لرزه یی ساختگاه دره یی شکل پل خلیج فارس با استفاده از مدل سازی ستون معادل یک بعدی (برای هر پایه) و دو بعدی (تأثیر توپوگرافی ساختگاه) با کمک نرم افزار تفاضل محدود D2FLAC، به روش خطی و بر مبنای مدل رفتاری ویسکو کشسان پرداخته شده است. نتایج به دست آمده حاکی از تفاوت پاسخ های لرزه یی در محل پایه های پل در نتایج حاصل از تحلیل های ستون معادل یک بعدی و دو بعدی، نظیر: مقدار بزرگ نمایی لرزه یی، دوره ی تناوب مشخصه و مقدار PGA در ساختگاه موردنظر است. همچنین نتایج نشان از اثر بزرگ نمایی دو بعدی ساختگاه در محدوده ی دوره ی تناوب 0٫ 5 تا 1 ثانیه نسبت به مدل ستون معادل یک بعدی در یک پروفیل مشخص دارد. در پایان، طیف های پاسخ به دست آمده از پژوهش حاضر با طیف طرح استاندارد آیین نامه ی آشتو مقایسه شده اند.

در پژوهش حاضر، به بهره برداری تلفیقی بهینه از منابع آب سطحی و زیرزمینی در زیرحوضه ی نجف آباد که یکی از مهم ترین محدوده های مطالعاتی در حوضه ی آبریز گاوخونی است، پرداخته شده و برای انجام آن از روش اتصال مدل های شبیه سازی بهینه سازی با کمک شبکه ی عصبی مصنوعی و الگوریتم جفت گیری زنبورعسل استفاده شده است. ضمن اتصال مدل های بهینه ساز و شبیه ساز به یکدیگر، به ارائه ی سیاست بهره برداری بهینه در 3 دوره ی خشک، نرمال و ترسالی پرداخته شده است. با توجه به نتایج حاصل، مدل شبکه ی عصبی منتخب با مقدار ضریب تبیین بیش از 0٫ 99 و خطای کمتر از 6\٪ در بخش اعتبارسنجی توانسته است برای پیش بینی، عملکرد سطح ایستابی آبخوان را به خوبی شبیه سازی کند. در بخش بهره برداری تلفیقی، مدل توانسته است میانگین سطح ایستابی در آبخوان را به ترتیب در 3 دوره ی ترسالی، نرمال و خشکسالی در منطقه ی چپ مطالعاتی به میزان 2٫ 3، 0٫ 75 و 1٫ 36 متر و در منطقه ی راست مطالعاتی به میزان 2٫ 14، 1٫ 14 و 0٫ 8 متر بهبود بخشد.

در پژوهش حاضر، اثر تعویض متناوب قطبیت در شرایط خاک، جمعیت میکروبی و در نتیجه راندمان حذف نفت خام از خاک رسی به روش بیوالکتروکینتیک در حضور سویه ی Pseudomonas Putida بررسی و به ارزیابی اثر غلظت اولیه ی نفت خام و گرادیان ولتاژ اعمال شده در میزان تصفیه ی خاک پرداخته شده است. طبق نتایج حاصل، در آزمایش های بدون تعویض قطبیت، به علت تغییرات شدید pH خاک و تأثیر آن در جریان الکترواسمز و فعالیت باکتری ها، با گذشت زمان از نرخ تجزیه ی نفت خام کاسته می شود. این در حالی است که با اعمال تعویض متناوب قطبیت، pH خاک در محدوده ی خنثی حفظ می شود و شرایط برای فعالیت بهتر باکتری ها و در نتیجه افزایش راندمان تصفیه مهیا می شود. در مطالعه ی حاضر، تعویض قطبیت یک ساعته باعث افزایش 20 درصدی راندمان حذف آلاینده از خاک آلوده به 6000 میلی گرم بر کیلوگرم نفت خام، در مقایسه با حالت بدون تعویض قطبیت شد. همچنین، در فرایند مذکور، افزایش غلظت اولیه ی آلاینده و گرادیان ولتاژ منجر به افزایش میزان تجزیه و در نتیجه بهبود راندمان حذف آلاینده شد.

در نوشتار حاضر، یک سیستم نیمه فعال سازه یی با استفاده از یک میراگر مغناطیسی جدید طراحی، ساخته و بر روی یک قاب برشی دو درجه آزادی آزمایشگاهی پیاده سازی شده است. در ابتدا بر پایه ی نتایج آزمون، پارامترهای مدل میراگر براساس مدل بوک ون شناسایی شدند. در ادامه، کنترل کننده های قلاب آسمانی و تناسبی مشتق گیر انتگرال گیر طراحی و بر روی سازه پیاده سازی و عملکرد آن ها برای یک زلزله ی نمونه با استفاده از نتایج آزمون میزلرزه بررسی شدند. نتایج آزمون آزمایشگاهی مدل ایده آل قلاب آسمانی، نشان دهنده ی مؤثر بودن مدل مذکور در کاهش میزان شتاب انتقالی به طبقات و برش پایه است. همچنین، نتایج آزمون آزمایشگاهی کنترل کننده ی تناسبی مشتق گیر انتگرال گیر نشان می دهد که عملکرد کنترل کننده ی ذکر شده، در کاهش شتاب انتقالی به طبقات و جابه جایی نسبی با کنترل کننده ی قلاب آسمانی کاملاً قابل مقایسه است که این امر حاکی از موفقیت کنترل کننده ی تناسبی مشتق گیر انتگرال گیر در مواجهه با تحریک لرزه یی است.

ساختمان های بنایی، متداول ترین نوع سازه در ایران هستند که علی رغم مقاومت فشاری مطلوب، به دلیل ضعف ناشی از مقابله با نیروهای برشی، و به دلیل کمبود شکل پذیری، در برابر نیروهای جانبی آسیب پذیرند و نشان داده اند که جاگذاری اعضاء چوبی در دیوارهای بنایی، عملکرد آن ها را بهبود بخشیده است. مزیت چوب، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن در روستاها و شهرهای توسعه نیافته است. در نوشتار حاضر، تأثیر نحوه ی قرارگیری و تعداد المان های چوبی به کار رفته، جهت بهبود عملکرد دیوار بنایی بررسی شده است. پس از بررسی مدل های آزمایشگاهی مرتبط، نمودار بار جابه جایی دیوارهای بنایی مسلح شده با المان های چوبی، از تحلیل استاتیکی غیرخطی استخراج و تأثیر المان های چوبی در ویژگی های مقاومتی و تغییر الگوی ترک خوردگی دیوار در 4 مدل بررسی شده است. نتایج نشان داده اند که بهترین عملکرد بین مدل های پژوهش، مربوط به دیوار تقویت شده با قاب چوبی است که 93\٪ افزایش مقاومت نهایی نسبت به دیوار غیرمسلح داشته است.

در خم های رودخانه، شناسایی بازه هایی که در آن ها بیشینه ی تنش برشی رخ می دهد، امری ضروری است. به این دلیل در پژوهش حاضر، روشی ابداع و نتایج آن با دستورالعمل نشریه ی 592 وزارت نیرو مقایسه شده است. برای مطالعه ی موردی در پژوهش حاضر، پایین دست سد کرخه انتخاب شد. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که برای $R/W5$، دقت دستورالعمل نشریه ی 592 وزارت نیرو، 91\٪ است و بازه ی وقوع بیشینه ی تنش برشی در قوس خارجی خم است. بنابراین برای مقادیر کوچک $R/W$، بیشینه ی تنش برشی در قوس داخلی خم رخ می دهد. با افزایش $R/W$، بازه ی وقوع بیشینه ی تنش برشی به قوس خارجی منتقل و محل آن به سمت پایین دست منتقل می شود.

در بررسی حاضر با استفاده از دیسک نیم دایره یی با لبه ی ترک خورده (ECSD) به ارزیابی سریع چقرمگی مواد شکننده توسط بار فشاری یکنواخت پرداخته شده است. با محاسبه ی ضریب شدت تنش (SIF)، ضریب شکل بهینه تحت بار فشاری یکنواخت ارائه شده است. در مطالعه ی حاضر، ابتدا روش عددی با نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی و مدل سازی عددی با دقت قابل قبولی کالیبره شد، سپس نمونه های عددی با پخی در محل بارگذاری و تکیه گاه، تحت زاویه ی $\beta$ از 0 تا 10 درجه، با نمو 1 درجه و طول ترک $(\alpha)$ از 1 میلی متر تا 29 میلی متر با نمو 1 میلی متر بررسی شدند. با بررسی نتایج به دست آمده، ضریب شکل بهینه ی 1٫ 325 تحت بار فشاری یکنواخت و طول پخی متناظر با زاویه ی 2 درجه نسبت به مرکز برای دیسک نیم دایره ی ترک دار ارائه شد.