دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال:1387 | دوره:42 | شماره:4 (پیاپی 114) |تعداد مقالات:14

در این مقاله، معادله پواسون را که مدل ریاضی بسیاری از مسایل فیزیکی و مهندسی مانند انتقال حرارت و غیره می باشد در نظر گرفته و با استفاده از روش اجزا محدود، معادله را به صورت عددی حل نموده و در حالات خاصی که بتوان جواب معادله انتقال حرارت را به صورت تحلیلی به دست آورد با جواب عددی مقایسه می نماییم. جالب توجه است که بسیاری از این مسایل که در مهندسی کاربرد فراوان دارند به طور کامل حل نشده است. مثلا اگر بخواهیم انتقال حرارت روغن ماشین را در یک مخزن کروی شکل S تحت تاثیر حرارت به دست آوریم به معادله Du=f=ua با شرط مرزی ¶u/¶nç¶s=g=0 می رسیم که تاکنون به طور کامل حل نشده است. در این مقاله ادعا نمی کنیم که تمام مسایل پواسون با شرایط مرزی را حل می نماییم، بلکه روشی برای روشن شدن مطلب ارایه می دهیم.

در این مقاله، با به کارگیری روش اجزای مرزی سه بعدی که توانایی مدل سازی هر نوع هندسه دلخواه دره سد قوسی را داراست، ماتریس امپدانس سنگ پی که شامل اثرات جرم، سختی و میرایی آن می باشد به دست می آید. در ادامه با بهره گیری از شیوه زیرسازه، ماتریس مزبور در معادله حاکم بر رفتار دینامیکی سد قوسی وارد می گردد. بدین ترتیب، نارسایی مهم موجود در روشهای مشابه پیشین که همانا فرض منشوری بودن دره سد می باشد، از میان برداشته شده و راهکاری برای تحلیل دقیق سد قوسی سنگ پی با هندسه دلخواه در دسترس قرار می گیرد. این نوشتار با ارایه راهکاری در جهت بالا بردن کارایی روش و کاهش زمان چشمگیر محاسبه ماتریس امپدانس ادامه یافته و با تحلیل نمونه هایی عددی، مقایسه با نتایج پیشینیان و نشان دادن درستی روش پیشنهادی پایان می یابد.

در گذشته، مدل سازی بدنه سدها با استفاده از مجموعه ای از چند جمله ای های درجه دو یا سه انجام می گرفت. لیکن جزییاتی نظیر پیاده سازی محل درزه ها، نقاط شروع ضخامت متغیر در قوس های افقی، حفاری در تکیه گاه ها و غیره نادیده گرفته می شدند. هم چنین در حالتی که در قسمتی از شکل ساختگاه، نقطه عطفی وجود داشت، این معادلات فاقد دقت لازم بودند. در این مقاله یک فرمول بندی جدید برای طراحی شکل سدهای بتنی قوسی با الگوی قوس افقی سهموی ارایه شده است. در این تحقیق با استفاده از 38 پارامتر جزییات شکل هندسی سدها با معادلات اسپیلاین درجه سه مدل سازی می شود که این پارامترها برای استفاده در بهینه سازی شکل سد بعنوان متغیرهای طراحی تلقی می شوند. یکی از خواص این روش ایجاد شکل های هموارتر و انعطاف پذیرتر در مقایسه با روش بوفانگ می باشد. با استفاده از این فرمول بندی نرم افزاری بر اساس قابلیت های شی گرایی نسبی فرترن برای تحلیل المان محدود سدهای بتنی قوسی تهیه شده است. برنامه به طور خودکار شبکه های المان محدود را برای سد، تکیه گاه ها و مخزن در حالات مختلف بارگذاری تولید می کند. خروجی های برنامه شامل تغییر مکان های نقاط، تنش های اصلی، فرکانس های ارتعاش، شکل مودهای ارتعاشی و سایر اطلاعات مورد نیاز در بهینه سازی شکل می باشد که در تحقیقات آتی از آنها استفاده خواهد شد. نتایج تحقیق با نتایج تحلیل سد شهید رجایی مقایسه شده است.

در شرایط نزدیک به حالت اشباع و یا اشباع تقاطع، رابطه تعیین چرخه بهینه وبستر، غیر قابل استفاده می شود، زیرا اولا این رابطه زمانی که مجموع نسبت بحرانی تقاطع به یک نزدیک می شود، مقادیر غیر قابل توجیه برای طول چرخه می دهد و ثانیا اگر مجموع نسبت بحرانی تقاطع، یک و یا بزرگتر از آن شود، رابطه وبستر به طور کلی غیر قابل استفاده می گردد. روش HCM2000 این مشکل را ندارد؛ اما تعیین زمان چرخه بهینه در این روش رابطه مشخصی ندارد و بر پایه سعی و خطا استوار است تا زمانی که تاخیر تقاطع کمینه گردد. در ضمن روش  HCM2000 به پارامترهای ورودی بیشتری نیازمند است که این روش را برای زمان بندی تقاطع بسیار وقت گیر و پر هزینه کرده است. در این مقاله سعی شده است که رابطه تعیین چرخه بهینه وبستر برای چند شکل کلی معمول تقاطع از نظر هندسی و فازبندی، با استفاده از مدل سازی، بازسازی و اصلاح شود؛ به نحوی که روابط جدید مشکلات ذکر شده در فوق مربوط به رابطه وبستر را نداشته باشند.

موج شکن ها از جمله سازه های دریایی مهم و هزینه بر می باشند. موج شکن مرکب کیسونی یکی از انواع رایج این نوع سازه در سطح دنیا بوده که عمدتا در اعماق زیاد مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به پیشرفت صنایع دریایی ایران در سال های اخیر، مطالعاتی جهت ساخت چنین موج شکن هایی در سواحل جنوب صورت گرفته است. در طراحی این سازه آن چه همواره مورد توجه جامعه مهندسین قرار گرفته است، تخمین ابعاد بهینه آن در شرایط مختلف هیدرولیکی و ژئوتکنیکی دریا می باشد. در این مقاله با در نظرگیری میدان موج غیرخطی در مقابل سازه، ابعاد آن در شرایط گوناگون هیدرولیکی و ژئوتکنیکی بهینه گردیده است. نتیجه این پژوهش ارایه منحنی هایی کاربردی در امر طراحی بهینه این سازه است به طوری که یک طراح می تواند با استفاده از این منحنی ها ابعاد بهینهی مقطع موج شکن مرکب کیسونی را در شرایط هیدرولیکی و ژئوتکنیکی گوناگون تخمین بزند که به این ترتیب صرفه جویی قابل ملاحظه ای در هزینه های احداث این سازه صورت می پذیرد.

بسیاری از مسایل مهندسی رودخانه پیچیده بوده و نیاز به تحلیل سه بعدی جریان و رسوب دارند. با توجه به پیشرفت روز افزون قدرت رایانه ها و توسعه مدل های عددی توانمند که قادر به شبیه سازی جریان و انتقال رسوب به صورت سه بعدی در هندسه های پیچیده می باشند، استفاده از این مدل های عددی برای مهندسین امری اجتناب ناپذیر است. اما باید توجه داشت که پیش از به کارگیری، باید دقت این مدل ها در شرایط پیچیده و با توجه به فرضیات موجود در آن ها به وسیله صحت سنجی شناخته شود. هدف این مقاله بررسی کارآیی مدل های عددی سه بعدی در مسایل مهندسی رودخانه و صحت سنجی آن ها در چند مورد پیچیده است. برای این منظور مدل SSIIM2.0 انتخاب و مورد استفاده قرار گرفته است. علت این انتخاب، قابلیت های زیاد این مدل عددی می باشد. در تحقیق حاضر این مدل برای چندین مورد پیچیده مهندسی رودخانه به کار برده شد و نتایج پیش بینی های عددی با نتایج آزمایشگاهی یا صحرایی موجود مقایسه گردید. با توجه به نتایج حاصله در مسایل متنوع مورد بررسی در تحقیق حاضر دقت مدل عددی مذکور برای استفاده در کارهای عملی و پیچیده مهندسی رودخانه مشخص گردیده است.

یکی از مهمترین عوامل موثر در اولویت بندی قطعات تصادف خیز جاده ها برای عابرین پیاده، علت وقوع تصادف است که تاکنون در روش های موجود نادیده گرفته شده است. اولویت بندی این قطعات بدون در نظر گرفتن علت بروز تصادف، به دلیل قابل جمع نبودن تصادفات رخ داده به دلایل مختلف، تصمیم گیری درباره انتخاب قطعات تصادف خیزتر را دچار خطا می کند. در این مقاله با ارایه روش اولویت بندی علت گرا، مدلی جدید به منظور اولویت بندی قطعات تصادف خیز برای عابرین پیاده با توجه به علت وقوع تصادف در راه های برون شهری ارایه می شود. در این روش، قطعات مذکور با در نظر گرفتن همزمان پارامترهای تعداد، شدت تصادف و علل بروز تصادف و با استفاده از یک روش تصمیم گیری چند معیاره اولویت بندی می شوند. استفاده از مدل ارایه شده در این تحقیق، دقت و کارآیی فرآیند اولویت بندی قطعات تصادف خیز جاده ها را برای عابرین پیاده به مقدار زیادی افزایش می دهد.

منظور از بهینه سازی در مهندسی عمران یافتن طرحی برای سازه است که ضمن رعایت ضوابط فنی، حداقل هزینه اقتصادی را داشته باشد. قابهای ساختمانی معمول ترین سازه مهندسی عمران هستند. بنابراین بهینه سازی این نوع سازه کمک بزرگی از نظر اقتصادی خواهد بود. یکی از مشکلات موجود در مساله بهینه سازی هم گرایی موضعی می باشد لذا استفاده از ابزاری که بتواند بر مشکل مذکور غلبه کند، ضروری به نظر می رسد. الگوریتم وراثتی که یکی از روش های بهینه سازی الهام گرفته از طبیعت است، بر این مشکل فایق آمده است. الگوریتم وراثتی برای رسیدن به جواب احتیاج به آنالیز سازه به دفعات زیاد دارد. لذا برای کاهش تعداد دفعات آنالیز و افزایش سرعت و قدرت آن در این تحقیق روابط جدیدی برای عملگرهای الگوریتم و روند این الگوریتم ارایه شده است. با اعمال روش های معرفی شده در این تحقیق روی چند مثال از نوع بهینه سازی قاب های فولادی صلب و مهاربندی شده با رعایت ضوابط فنی و آیین نامه ای، و هم چنین ارایه راه کاری در امر مقایسه، با کاهش قابل توجهی در دفعات تحلیل، نتایج بسیار مطلوبی نیز حاصل گردید.

در این تحقیق هدف بهینه سازی وزن سازه های فضاکار با استفاده از نظریه قابلیت اعتماد می باشد. با توجه به اینکه در عمل، خرابی سازه علاوه بر این که از ناحیه عضو رخ می دهد ممکن است از محل گره ها نیز به وقوع به پیوندد بنابراین علاوه بر احتمال خرابی اعضا، احتمال خرابی گره ها نیز در فرآیند بهینه یابی وزن سازه های خرپایی و فضاکار منظور شده و فرمول بندی دیگری جهت آن ارایه گردیده است. منظور از خرابی گره این است که تغییر مکان گره در یک راستا، از تغییر مکان مجاز گره در آن راستا تجاوز نماید. در فرآیند بهینه یابی، اثر پارامترهای مختلف احتمال اندیشانه نظیر بارگذاری، تنش تسلیم، مدول الاستیسیته و سطح مقطع اعضای سازه نیز در نظر گرفته شده است. البته در مثال های عددی انجام یافته در این تحقیق فرض شده است که تمامی متغیرهای احتمال اندیشانه از نظر آماری مستقل از یک دیگر بوده و دارای تابع توزیع نرمال باشند. هم چنین در این تحقیق، جهت بهینه یابی از الگوریتم وراثتی اصلاح شده استفاده گردیده است. از آن جا که محاسبات روش وراثتی در هر مرحله بر زیر مجموعه ای از دامنه تابع انجام می شود، احتمال هم گرایی آن در بهینه کلی تابع هدف افزایش یافته و از هم گرایی موضعی جلوگیری می نماید. هم چنین استقلال محاسبات این الگوریتم از مشتق تابع هدف و قیود حاکم، باعث سازگاری آن با توابع گسسته می گردد. تحقیق اخیر نشان می دهدکه با افزایش احتمال خرابی مجاز اعضا، گره ها و یا کل سازه، وزن بهینه سازه کاهش می یابد، اما با افزایش ضرایب پراکندگی بار و یا تنش تسلیم، وزن بهینه سازه نیز افزایش خواهد یافت.

در این مقاله جنبش نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل با در نظرگرفتن توزیع غیر یکنواخت لغزش بر روی صفحه گسل مورد بررسی قرار گرفته است. مناطقی بر روی گسل که جا به جایی بیشتری نسبت به جا به جایی میانگین دارند به عنوان اسپریتی مشخص شده اند. به این ترتیب حرکات زمین در حوزه نزدیک گسل با استفاده از مدل چشمه محدود و توابع تئوری گرین برای محیط نامحدود شبیه سازی شده و نحوه تاثیر هر یک از پارامترهای خاص گسلش، که معمولا از آنالیز برگشتی امواج دور لرزه ای بدست می آیند، نظیر لغزش ناهمگن (اسپریتی)، میزان لغزش بر روی اسپریتی، زمان فرآیش و سرعت گسیختگی در روی گسل و هم چنین اثر موقعیت مکانی و فاصله ساختگاه نسبت به گسل بر مشخصات پالس حوزه نزدیک گسل به صورت عددی و پارامتریک مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.

در این مقاله تحلیل دینامیکی از نوع تاریخچه زمانی یک سد با ضخامت ثابت و مخزن نیمه بی نهایت، با یک روش عددی نوین به نام انتگرال حلقوی منفرد مجزا (DSC)، مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به حیاتی بودن مساله طراحی سد، یافتن یک روش عددی کارا، سریع و دقیق که قابلیت مدل سازی شرایط مرزی پیچیده را داشته باشد، ضروری به نظر می رسد. بدین منظور روش انتگرال حلقوی منفرد مجزا در این مقاله نخستین بار برای تحلیل مساله اندرکنش سد و مخزن به کار گرفته شده است. در ابتدای مقاله روش مذکور به صورت اجمالی معرفی شده و نحوه اعمال شرایط مرزی در آن، تشریح می گردد. سپس معادله حرکت اندرکنش سازه سد (یک تیر اویلر ـ برنولی طره ای) با مخزن نیمه بی نهایت در حالت پر و تحت زلزله ال سنترو، به وسیله روش DSC و با به کارگیری هسته دلتای شانون تنظیم شده، مدل سازی شده و با نتایج حاصل از روش Lee & Tsai. به عنوان نتایج شاهد مقایسه می شود. در نهایت نشان داده می شود که روش DSC با سایر روش های عددی از نظر دقت و پایداری قابل رقابت می باشد.

ستون های جدار نازک فولادی با مقاطع جعبه ای و دایره ای در بسیاری از سازه ها و از جمله پلها (به عنوان پایه) به کار می روند. در زلزله های اخیر مانند زلزله سال Kobe 1995 یاHyogoken-Nanbu  در کشور ژاپن، خسارتهای زیادی در پایه های فولادی پل ها مشاهده شد و آسیب پذیر بودن این نوع پایه ها در برابر نیروهای شدید زلزله برای مهندسین آشکار شد. در این مقاله، نوع جدیدی از ستون های جدار نازک فولادی ساخته شده از ورق های موج دار مطرح می شود. در مقایسه با ستون های جدار نازک فولادی ساخته شده از ورق صاف، ستون های ساخته شده از ورق موج دار، مقاومت کمانشی بالاتری دارند و نیز به دلیل حذف سخت کننده های طولی، هزینه و زمان ساخت کمی نیاز خواهند داشت. در این مقاله با انجام تحلیل های غیرخطی اجزا محدود، رفتار لرزه ای ستون های ساخته شده از ورق های فولادی موج دار و ستون های جدار نازک فولادی با مقاطع جعبه ای و دایره ای بررسی و با یک دیگر مقایسه شده اند. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که این ستون های جدید، در کرنش های پلاستیک بزرگ افت مقاومت کمتری دارند و از رفتار هیسترزیس پایدارتری برخوردار هستند و در نتیجه شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی بیشتر و عملکرد لرزه ای مناسب تری حتی در ضخامت های کمتر، دارند.

لوله های مدفون در ترانشه های کم عمق مستقر در زمین های اشباع، غالبا تحت تاثیر تغییر مکان های نسبتا بزرگ ناشی از نیروی برکنش قرار گرفتـه و گزارش های مختلف از خسارات قابل توجه به لـوله های مدفون حکایت دارد. در این مقـاله روش های موجود تثبیت لوله ها در محیط های اشباع مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و با عنایت به مزایا و معایب هر یک از آن ها، روش نوینـی به منظور استقرار لوله ها در محیط های اشباع ارایه و مطالعه شده است. در این رابطه استفاده از ژئوتکستایل به منظور مهار لوله ها با اقطار بزرگ مورد توجه قرار گرفته و با انجام مطالعات آزمایشگاهی و صحرایی مدل پیشنهادی ارزیابی شده است. پارامترهای مهم و موثر در تثبیت لوله ها برای روش پیشنهادی با توجه به نمودارهای نیرو-تغییر مکان بررسی گردیده و نتایج بدست آمده توسط مشاهدات صحرایی برای لوله های گاز فلزی مدفون با قطر 30 اینچ تایید شده است. نهایتا با عنایت به نتایج آزمایشگاهی و مشاهدات صحرایی، روش اجرایی تثبیت لوله ها در محیط اشباع از طریق مسلح نمودن خاک توسط ژئوتکستایل به عنوان روش اجرایی مناسب با توجه به مزایا و معایب روش های موجود توصیه شده است.