مهندسی عمران شریف
سال:1387 | دوره:24 | شماره:42 (ویژه مهندسی عمران و مکانیک) |تعداد مقالات:15

در این نوشتار ترمیم اتصال تیر به ستون کناری آسیب دیده از بارهای رفت و برگشتی (همچون زلزله) با استفاده از الیاف بسپاری مورد مطالعه آزمایشگاهی و عددی قرار گرفته است. بارهای رفت و برگشتی به انتهای تیر نمونه آزمایشگاهی با مقیاس کامل اعمال شده است. بارگذاری تا رسیدن نمونه به ظرفیت خود، ادامه یافته است، و سپس نمونه با استفاده از الیاف بسپاری ترمیم شده و نمونه ترمیم شده مجددا تحت بارگذاری دوره یی قرار گرفته است. برای مطالعات عددی، نمونه آزمایشگاهی به روش اجزا محدود ساخته شده است. مدل عددی با توجه به مقادیر ثبت شده توسط ابزار اندازه گیری تعبیه شده بر روی نمونه آزمایشگاهی، اصلاح شده است. برای بررسی تاثیر آرایش الیاف بسپاری پنج مدل غیرخطی با چیدمان متفاوت الیاف تحت بارگذاری شبیه نمونه آزمایشگاهی قرار داده شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج آزمایش نشان داد که مقاومت و جذب انرژی نمونه آسیب دیده با کاربرد الیاف بسپاری اصلاح شده است، گرچه تغییرات در سختی نمونه ترمیم شده قابل توجه نیست. همچنین مقایسه بین ظرفیت نمونه های عددی که با آرایش و چیدمان مختلف الیاف بسیاری ترمیم شده اند ارایه شده است.

روش های ارزیابی پتانسیل روان گرایی در خاک های ماسه یی، عموما بر اساس تحلیل قطعی است. در تحلیل قطعی پارامترها دقیق، بدون پراکندگی و خطا در نظر گرفته می شوند. علاوه بر این، در استفاده از این روش ها بین احتمال وقوع روان گرایی و ضریب اطمینان ارتباط دقیقی وجود ندارد. پاسخ این مساله می تواند به وسیله تحلیل اعتمادپذیری داده شود. در این نوشتار، تحلیل اعتمادپذیری بر پایه روش معروف «ارزیابی پتانسیل روان گرایی» و استفاده از از نتایج آزمایش نفوذ استاندارد بیان می شود. از آنجا که این روش مستلزم کمی کردن مقادیر عدم قطعیت ها در محاسبات است، می توان با استفاده از گشتاورهای آماری مربوط به پارامترهای غیرقطعی- نظیر میانگین، واریانس و تابع چگالی احتمال- محتمل ترین مقادیر را در ارتباط با عدم قطعیت آنها محاسبه کرد. آنگاه با استفاده از شیوه گشتاور دوم- مرتبه اول پیشرفته (AFOSM)، می توان شاخص اعتمادپذیری را محاسبه و ارتباط آن را با احتمال وقوع روان گرایی و ضریب اطمینان به دست آورد. جهت تجزیه و تحلیل داده های تکمیل یافته، با استفاده از رگرسیون آماری و بر اساس نتایج 180 رکورد مربوط به 26 گمانه در نقاط مختلف منطقه بابلسر، رابطه یی بین عدد نفوذ استاندارد نرمالیزه شده، نسبت تنش برشی دوره یی و احتمال وقوع روانگرایی خاک پیشنهاد شده است.رکورد در منطقه بابلسر، رابطه یی بین مشخصات لرزه یی، مقاومت و احتمال وقوع روان گرایی خاک پیشنهاد شده است. مقایسه های انجام شده به خوبی کارایی رابطه پیشنهادی را نشان می دهد.

دسته بندی دقیق ناپیوستگی ها در توده های سنگ در تحلیل و طراحی سازه های سطحی روی سنگ نقش مهمی ایفا می کند. روش سنتی دسته بندی ناپیوستگی ها مبتنی بر تعیین چگالی سطحی توزیع قطب ناپیوستگی ها بر روی صفحه استریونت است. استفاده از روش های مختلف تعیین چگالی سطحی، به نتایج متفاوتی منجر خواهد شد.در این نوشتار به منظور دسته بندی ناپیوستگی ها از ترکیب روش های هوش مصنوعی با روش های احتمالاتی استفاده شده است. از مزایای این روش، تعیین دقیق تعداد دسته های ناپیوستگی و تعیین تعلق هر ناپیوستگی به دسته خاص و مستقل بودن آن از توزیع داده ها است.

پدیده جریان های مختاط تحت شرایطی خاص در مجاری بسته به وجود می آید، که طی آن «جریان سطح آزاد» و «جریان تحت فشار» به طور هم زمان رخ می دهد. سیستم هایی که این پدیده را تجربه می کنند، بسته به محل ایجاد جریان های مختلط، نحوه گذار جریان و ...، ممکن است دچار مشکلات متفاوتی شوند؛ لذا تحلیل جریان های مختلط به منظور طراحی و کنترل صحیح مولفه های مختلف چنین سیستم هایی ضروری به نظر می رسد.برای تحلیل جریان های مختلط، بر اساس نحوه تشکیل و چگونگی تعقیب موقعیت سطح مشترک بین دو جریان و فرضیات ساده کننده رفتار جریان، روش های متفاوتی پیشنهاد شده است. در این تحقیق جریان های مختلط در مجاری بسته با استفاده از روش شکاف مجازی و به کمک یک الگوی عددی مناسب تحلیل شده است. مدل پیشنهادی با استفاده از نتایج حاصل از یک مدل فیزیکی ارزیابی، و نتایج حاصله ارایه شده است.

در این تحقیق انرژی ورودی به سازه در اثر زلزله های نزدیک گسل مورد مطالعه قرار گرفته است. رکوردهای زلزله حوزه نزدیک مشخصاتی دارند که آنها را از سایر زلزله ها متمایز می سازد. از جمله این مشخصات می توان به پالس هایی با پریود بلند اشاره کرد که بر روی رکورد زمینه با محتوای فرکانسی بالا سوار شده اند. ماهیت این پالس ها نسبت به ماهیت رکورد زمینه از قطعیت بیشتری برخوردار است و این نکته بررسی پاسخ سازه در دو مرحله قطعی و احتمالاتی، و سپس ترکیب آنها را با یکدیگر ممکن می سازد. این نگرش باعث می شود بخشی از پاسخ که تقریبا قطعی است در فرایندهای احتمالاتی وارد نشود و در نتیجه دقت جواب ها افزایش یابد. با توجه به رویکرد ذکر شده پاسخ سازه به زلزله های حوزه نزدیک محاسبه، و نتایج به صورت طیف انرژی درونی سازه ارایه شده است. نتایج ارایه شده حاکی از آن است که در نزدیکی گسل با افزایش بزرگی زلزله میزان انرژی کرنشی درونی سازه و نیز پریود متناظر آن افزایش می یابد و نتایج این محدوده بیشتر تابع مشخصات پالس است و از رکورد زمینه کم تر تاثیر می پذیرد. از سوی دیگر، هر چه فاصله از گسل زیاد می شود سهم نسبی رکورد زمینه افزیاش می یابد؛ به گونه یی که در طیف پاسخ دو ناحیه بیشینه موضعی مشاهده می شود. نواحی بیشینه طیف پاسخ شامل یک ناحیه نزدیک به پریود غالب رکورد زمینه و ناحیه دیگر در محل پریود پالس است.

امروزه میکروپمپ های غیرمکانیکی به عنوان محرک چرخه های میکروسیالی در بسیاری از صنایع، نظیر الکترونیک و پزشکی کاربرد دارد و به لحاظ برخورداری از ویژگی های مناسب مورد توجه روزافزون است. در این بررسی میکروپمپ های تغییر فازی به عنوان نوع جدیدی از میکروپمپ های غیرمکانیکی مورد مطالعه قرار می گیرد. در این راستا ابتدا با استفاده از تحلیل ابعادی، اعداد بی بعد موثر بر دبی حجمی میکروپمپ تغییر فازی مشخص شده اند و در ادامه برای شناسایی نحوه کارکرد پمپ، مدلی یک بعدی و مستقل از زمان برای پیش بینی گذر جریان بر حسب اعداد بدون بعد حاکم ارایه شده است. نتایج حاصل از مدل فوق تطابق مناسبی با نتایج آزمایشی نشان می دهد. در انتها با استفاده از معادله به دست آمده اثر پارامترهای مختلف کاری بر نحوه عملکرد پمپ تشریح شده است. از این نتایج می توان در مطالعات بعدی به منظور بهینه سازی عملکرد پمپ استفاده کرد.

در این تحقیق اثر تخریبی اشعه فرابنفش خورشید به عنوان یکی از فاکتورهای مخرب محیطی، روی خواص مکانیکی کامپوزیت شیشه/ پلی استر مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نمونه های آزمون های استحکامی مواد از رزین پلی استر تهیه و تحت آزمون های شتاب دار اشعه فرابنفش قرار گرفت. برای به دست آوردن منحنی تغییرات زمانی پارامترهای مکانیکی و استحکامی این رزین تحت تاثیر تابش فرابنفش، نمونه های تهیه شده در سه بازه زمانی متفاوت (معادل سه ماه، شش ماه، و یکسال معادله ناحیه فلوریدا) تحت تابش فرابنفش قرار گرفتند. پس از انجام آزمون شرایط محیطی، به منظور بررسی میزان تغییرات در پارامترهای مکانیکی، آزمونهای خواص مکانیکی روی نمونه های تابش شده و تابش نشده انجام گرفت.نتایج آزمون های خواص مکانیکی بیانگر افت محسوس در خواص سفتی عرضی و مدول برشی تک لایه شیشه و پلی استر و همچنین کامپوزیت [0.90]s داشت. همچنین نتایج این تحقیق نشان می دهد که چگونه اضافه کردن افزودنی های جاذب فرابنفش به منظور بالابردن مقاومت کامپوزیت در برابر تاثیر تخریب اشعه فرابنفش موثر است.

به منظور بررسی رفتار آئرودینامیکی مقطع پره توربین باد، برای نخستین بار در کشور و با حمایت مالی بخش انرژی های نو برنامه ای جامع، شامل آزمایش های مختلف، تدارک دیده شده است. به دلیل وجود جریان های سه بعدی و اهمیت آن در رفتار آئرودینامیکی پره، یک مدل سه بعدی از مقطع پره توربین در حال ساخت در تونل باد مادون صوت جهاد کشاورزی شیراز، در زوایای حمله 5- تا 25 درجه و سرعت های 30، 60 و 80 متر بر ثانیه مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج به دست آمده از دنباله مدل، شامل توزیع فشار استاتیکی، ضریب برا و ضریب پسا، با نتایج به دست آمده از آزمایش دو بعدی مقایسه و سپس اثرات سه بعدی جریان در این ضرایب بررسی شده است. این بررسی ها نشان می دهد که وجود جریان سه بعدی روی پره باعث کاهش ضریب برا و کارایی پره توربین می شود. با این حال، در حالت سه بعدی زاویه واماندگی افزایش می یابد.

در این نوشتار پاسخ خستگی یک لایه چینی ساندویچی با هسته فومی و صفحات هیبریدی نامتقارن مورد تحقیق قرار گرفته است. لایه چینی ساندویچی موردنظر بخشی از المان بحرانی یک سازه مرکب واقعی است. روش تهیه و ساخت مواد و لایه چینی ها مشابه المان بحرانی است. دو نوع الیاف شیشه بافته شده مشابه (G1, G2) و یک نوع الیاف کربن تک جهته (C) با سیستم رزین اپوکسی در صفحات بالا و پایین هسته فومی به کار گرفته شده است. ترتیب لایه چینی و زوایای هر کدام از لایه ها عبارت است از: [G1/C/C/C/G2/Foam/G2/C/C/G1] و [0/0/0/0/±45/Core/±45/0/0/0]. به منظور تعیین طرحی عملی در انجام آزمایشات، ایجاد شکست نهایی در ناحیه سنجه و رسیدن به استحکام واقعی، دو طرح متفاوت با کمک شیوه FEM مورد بررسی قرار گرفت و طرح مناسب تر برای انجام آزمایش های خستگی و استاتیک نهایی انتخاب شد. نتایج تجزیه و تحلیل های اجزا محدود با استفاده از آزمایشات استاتیکی تایید گردید. در ادامه، آزمایشات متعدد خستگی بر روی نمونه های لایه چینی انجام شد و در نهایت وضعیت های آسیب ایجاد شده در لایه چینی ساندویچی تحت بار استاتیکی و خستگی تشریح گردید. نتایج نشان می دهند که استفاده از طرح زاویه دار باعث انتقال ناحیه شکست از محدوده اتصال سنجه به گیره در قطعه به محدوده درونی تر سنجه می شود و از این رو استحکام حاصله به مقادیر واقعی نزدیک تر است. بررسی آزمایشات خستگی در نسبت بارهای بالا نیز به نتایج مشابهی می انجامد. از چهار وضعیت آسیب تشخیص داده شده، رشد دو نوع ترک قائم و موازی با امتداد بارگذاری در داخل فوم اتفاق می افتد. با افزایش نسبت بار، طول ترک موازی با امتداد بارگذاری که به دنبال ترک قائم ایجاد می شود کاهش می یابد.

در این مطالعه مرز ناپایداری بال در رژیم جریان تراکم ناپذیر با استفاده از آئرودینامیک پیترز استخراج، و نتایج به دست آمده با آئرودینامیک تئودورسون مقایسه شد. بدین منظور ابتدا ضریب برا در حوزه فرکانس برای حرکت رفت و برگشتی خالص نوسانی، و بر اساس الگوی آئرودینامیکی پیترز، به دست آمد. رابطه به دست آمده از طریق رسم نمودار قسمت حقیقی و موهومی ضریب برا، بر حسب فرکانس کاسته شده، با مقادیر به دست آمده از فرضیه تئودورسون مقایسه شد. نمودارهای حاصله بیان گر نزدیک شدن نتایج روش پیترز به روش تئودورسون، از طریق افزایش تعداد متغیرهای حالت آئرودینامیکی است، به طوری که با پنج متغیر حالت آئرودینامیکی بین نتایج تطابق قابل قبولی به چشم می خورد. در ادامه، روابط مربوط به ماتریس های جرم، میرایی و سختی آئرودینامیکی الگوی پیترز به دست آمد. برای استخراج این ماتریس ها از دو روش متداول مقطع معادل و فرض تیر، برای الگوسازی سازه بال استفاده شد. در پایان با توجه به معادلات دینامیکی به دست آمده از هر دو روش الگوسازی، پایداری و سرعت فلاتر برای دو مثال عددی با استفاده از روش k و p-k مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج حاصله با مقادیر به دست آمده از فرضیه تئودورسون حاکی از نزدیکی قابل توجه بین دو فرضیه است.

در این نوشتار با استفاده از رویکرد حجم محدود و چیدمان هم مکان به حل معادلات اساسی حاکم بر جریان یک سیال موثر پرداخته شده و توزیع سرعت و فشار به روش گام جزیی در یک شبکه با ساختار ساده محاسبه شده است. خصوصیات فیزیکی این سیال موثر، با حل معادله انتقال نسبت حجمی دو فاز به دست می آید. در ادامه و با حل معادلات حرکت جسم صلب، جابه جایی های شناور محاسبه می شوند. با استفاده از راهکار شبکه متصل به جسم، جابه جایی های به دست آمده در هر گام زمانی بر روی شبکه محاسباتی نیز اعمال شده و بدین ترتیب حرکات شناور در طول زمان ثبت می شوند. انتخاب مناسب طرح های گسسته سازی، به خصوص در مورد انتگرال فشار- با توجه به اختلاف زیاد جرم حجمی آب و هوا- از اهمیت بالایی برخوردار است. در تحقیق حاضر روش میانیابی جدیدی به منظور تقریب فشار روی سطح سلول ارایه شده است.بر اساس این الگوریتم یک نرم افزار تهیه، و برخورد مقطع دایره ای شکل به سطح آب با در نظر گرفتن تغییرات سرعتی ناشی از برخورد شبیه سازی شده است. در ادامه، مقاومت هیدرودینامیکی شناور بارج از برخورد شبیه سازی شده است. در ادامه، مقاومت هیدرودینامیکی شناور بارج در هنگام پیشروی در آب آرام در دو حالت مقید، و دو درجه آزادی حرکت پیش بینی شده است. ارزیابی نتایج بیانگر دقت و اعتبار الگوریتم ارایه شده، و امکان استفاده از آن در بررسی مجموع حرکات غیرخطی شناورها به خصوص در مراحل اولیه طراحی است.

برای به دست آوردن اثر جریان ملخ بر روی اجزا مختلف یک قایق پرنده، با توجه به پیچیدگی جریان و ماهیت سه بعدی آن با استفاده از روش های عددی، معادلات سه بعدی ناوبر- استوکس حل شده و اثر ملخ روی دم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که اثر ملخ روی اجزای مختلف دم قایق پرنده در پرواز نزدیک سطح کاملا حایز اهمیت است و نحوه استقرار ملخ نسبت به دم باید طوری باشد که بتواند گشتاورهای حاصل از اثرات ملخ را حتی الامکان خنثی کرده و در عین حال نیروهای برا و پسا در محدوده مناسب قرار گیرند. با بررسی نتایج به دست آمده، زاویه و جهت مناسب برای نصب ملخ مشخص شده است. در این نوشتار با به کارگیری دینامیک سیالات محاسباتی، حل جریان حول ملخ و دم قایق پرنده در نزدیکی سطح با کاربرد حدود 3.1 میلیون سلول توسط ابررایانه موازی با تعداد 6 پردازش گر به دست آمده است و اثرات متقابل این دو جزء بررسی و ارایه شده اند.

شبکه های عصبی پیشخور به عنوان ابزاری مناسب در بسیاری از زمینه های مهندسی عمران کاربرد داشته اند. این شبکه ها به ویژه در بسیاری از مسایل بهداشتی ژئوتکنیک کاربرد موفقیت آمیزی داشته اند. مروری بر مقالات منتشره در این زمینه، بیان گر این کاربرد موفقیت آمیز در زمینه هایی همچون پیش بینی ظرفیت شمع ها، مدل سازی رفتار خاک ها، روان گرایی و ... است. با این حال، الگوریتم های آموزشی هیچ گونه اطلاعاتی در باره میزان اثرگذاری هر یک از پارامترهای ورودی در متغیرهای خروجی در اختیار کاربر قرار نمی دهند. به عبارت دیگر فهم سریع درجه اهمیت ورودی ها با استفاده از وزن ها و توابع تحریک ممکن نیست. در حقیقت شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان یک جعبه سیاه به کاربر معرفی می شوند که فقط می تواند با پردازش بسیار پیچیده بر روی داده ها، خروجی های مشخصی تولید کند. برای حل این مشکل در طول 10 سال اخیر روش های تفسیری متعددی به منظور تحلیل میزان اثرگذاری و اهمیت متغیرهای ورودی بر روی خروجی های شبکه پیشنهاد شده است. در این پژوهش 6 روشی که پرکاربردترین روش های تفسیری اند با یکدیگر مقایسه شده اند. داده های مورد استفاده برای تربیت شبکه های عصبی بر اساس مجموعه آزمایشاتی است که برای تعیین پارامترهای دینامیکی رس های مخلوط انجام شدند. در نهایت، روشی که بهترین عملکرد تفسیری را نشان می دهد معرفی شده است.

در این تحقیق جریان تقارن محوری، لزج و ماورا صوت با اثرات گاز تعادلی روی دماغه اجسام سرپخ، با استفاده از روش های برازش شوک و تسخیر شوک شبیه سازی عددی شده و تاثیر شرط مرزی شوک بر دقت نتایج میدان حل مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی معادلات ناوبر- استوکس لایه نازک (TLNS) توسط الگوریتم اختلاف محدود ضمنی و غیرتکراری بیم- وارمینگ انجام، و فرمول بندی مناسب برای اعمال شرط مرزی شوک در روش برازش شوک با اثرات گاز تعادلی ارایه شده است. خواص ترمودینامیکی و نیز خواص انتقالی هوا در شرایط تعادل شیمیایی با استفاده از منحنی های برازش شده سرینیوسن و همکاران به دست آمده است. شبیه سازی عددی جریان ماورا صوت با در نظر گرفتن اثرات گاز تعادلی بر یک نیم کره در عدد ماخ 16.89 انجام، و نتایج مشخصات میدان جریان و موقعیت شوک با نتایج عددی قابل دسترس مقایسه شده است. محاسبات حاضر برای هر دو مدل گاز تعادلی و گاز ایده آل انجام شده و دقت نتایج مشخصات میدان جریان و شکل شوک برای هر دو روش تسخیر شوک و برازش شوک مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین نقش عبارات میرایی عددی و تاثیر ابعاد شبکه محاسباتی بر دقت نتایج میدان حل بررسی شده است.