روش های عددی در مهندسی (استقلال)
سال:1391 | دوره:31 | شماره:2 |تعداد مقالات:11

سیلوها سازه هایی هستند که برای ذخیره کردن انواع مختلف مصالح دانه ای مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل رفتار غیرخطی دیواره بتنی و رفتار غیرخطی مصالح ذخیره شده در سیلو بررسی رفتار لرزه ای سیلوهای بتنی بسیار پیچیده است. در این مقاله اثر اندرکنش مصالح دانه ای و سازه برای یک سیلوی بتنی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود ABAQUS مورد بررسی قرار گرفته است. مصالح دانه ای با استفاده از یک مدل هیپوپلاستیک مدلسازی شده اند، پس از مدلسازی اندرکنش مصالح دانه ای و سازه تحت اثر زلزله، نتایج بدست آمده با نتایج بدست آمده از مدل هایی که در آن ها از اثر اندرکنش مصالح دانه ای و سازه صرف نظر شده است مقایسه شده اند.

در این مقاله، فرایند پوشش دهی ورق گالوانیزه به صورت سه بعدی شبیه سازی و ضخامت پوشش فلز «روی» به روش عددی محاسبه می شود. مشکل عمومی روش پوشش دهی به صورت غوطه وری در حوضچه داغ، اضافه ضخامت پوشش در نزدیکی لبه های ورق است. در این شبیه سازی اثر نصب یک تجهیز استوانه ای شکل در لبه های خروجی جت ها برای رفع مشکل اضافه ضخامت در نزدیکی لبه های ورق نیز بررسی می شود. نتایج نشان می دهند که این تجهیز از برخورد دو جریان جت مقابل یکدیگر در ناحیه اتمام ورق و تضعیف نیروی موسوم به جت شویی در لبه ورق جلوگیری کرده و جریان نوسانی و سه بعدی در نزدیکی لبه ها را کاهش می دهد. علاوه بر شبیه سازی عددی، تجهیز استوانه ای به صورت تجربی نیز در خط تولید گالوانیزه مجتمع فولاد مبارکه نصب و مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج عددی و آزمایشگاهی برای جرم پوشش فلز «روی»، حاکی از بهبود قابل توجه مشکل اضافه ضخامت پوشش لبه ها با استفاده از تجهیز استوانه ای است، هرچند نمی تواند مشکل را به طور کامل حل کند.

هنگامی که ستون های بتن آرمه تحت اثر بارهای دینامیکی جانبی مانند زلزله قرار می گیرند، خسارات شدیدی در نواحی گشتاور حداکثر این اعضا مشاهده می شود. این نواحی معمولا بنام مفاصل پلاستیک خوانده شده که انحناهای غیرالاستیک بزرگی را تجربه می کنند. مفاصل پلاستیک اساسا عاملی برای اتلاف انرژی بوده که انرژی ناشی از زلزله را از طریق دوران پلاستیک اتصالات صلب بتنی تلف کرده و سبب باز توزیع گشتاور می شوند. لذا دوران و طول مفصل پلاستیک یک عضو بتن آرمه پارامتری مهم در ارزیابی پاسخ و خسارت سازه تحت زلزله محسوب می شود. در تحقیقات گذشتگان این موضوع خصوصا برای بارگذاری های لرزه ای کمتر مورد توجه قرار گرفته و از طرفی روابط ارائه شده دارای پراکندگی های زیادی اند. بدین منظور، در این مقاله به کمک روش های اجزای محدود و تحلیل های دینامیکی غیرخطی، تاثیر پارامترهای مختلف اعم از مشخصات زلزله، سطح بارمحوری، نسبت ارتفاع به بعد، درصد فولاد طولی و غیره بر رفتار غیرخطی ستون ها مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج نشان می دهند که در سطوح بار محوری بالا، نسبت ارتفاع به بعد ستون عملکرد آن را به سبب اثر P-D به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. همچنین، بار محوری ستون نقش مهمی در تعیین طول مفصل پلاستیک دارد. بر اساس نتایج حاصل، رابطه ای ساده برای تعیین طول مفصل پلاستیک ستون های بتن آرمه تحت اثر زمین لرزه پیشنهاد می شود.

در این مقاله الگوریتمی جدید، سریع، ساده و کارامد بر پایه مفاهیم روش فیبری برای تحلیل غیرخطی تیرهای بتن مسلح پیشنهاد شده است. در روند تحلیل از روش تحلیل ماتریسی غیرخطی مبنی بر سنجش تنش ها با سطح گسیختگی استفاده شده و اعضا به صورت المان های ماکرو مدلسازی شده اند. در محاسبه سطوح گسیختگی مقاطع بتن مسلح از رفتار غیرخطی بتن در کشش و فشار و رفتار الاستیک پلاستیک ایده آل برای فولاد بهره گرفته شده است. به منظور اعتبارسنجی روش پیشنهادی، نتایج به دست آمده از پیش بینی های عددی با نتایج آزمایشگاهی و نتایج نرم افزارهای ANSYS مقایسه شدند. همخوانی مناسبی میان نتایج الگوریتم پیشنهادی و نتایج آزمایشگاهی، با اختلاف کمتر از 6 درصد در بحرانی ترین حالت، به دست آمد که بیانگر معتبر بودن نتایج این روش است.

تعیین دقیق وضعیت جریان در اطراف سازه های هیدرولیکی یکی از مسائل مورد بحث توسط محققان مختلف است. در این تحقیق تعیین وضعیت جریان در هنگام عبور از زیر دریچه با استفاده از روش بدون شبکه ممنتم هیدرودینامیک ذرات روان تراکم ناپذیر مورد مطالعه قرار گرفته است. اعمال روش های مختلف تراکم ناپذیری سیال (دو روش تصویر) و نحوه تقریب جمله فشار در معادلات پایستاری ممنتم در روش عددی، در این تحقیق مورد بحث و مقایسه قرار گرفته است. روش عددی مدلسازی سطح آزاد VOF به منظور مقایسه با روش ISPH، در حل جریان مورد استفاده قرار گرفته است. مقایسه روش های مختلف اعمال تراکم ناپذیری سیال از نظر تحلیلی و عددی با در نظر گرفتن جمله های مناسب، نشان از شباهت این روش ها با یکدیگر دارند. همچنین مقایسه عملکرد نحوه تقریب جمله فشار با استفاده از منحنی های خطا نشان می دهد که این منحنی ها از یک روند مشابه و آشوبناکی پیروی کرده و میزان خطا در آنها در محدوده قابل قبولی است.

میدان جریان، انتقال حرارت و انتقال نانوذرات در جابجایی آزاد نانوسیال آب - اکسید آلومینیوم در یک محفظه مربعی مدلسازی و بصورت عددی مطالعه شده است. معادلات حاکم با شرایط مرزی معین با استفاده از روش حجم محدود حل شده اند. مکانیزم های انتقال نانوذرات شامل پخش براونی و ترموفورسیس که باعث ناهمگنی نانوسیال می شود تحت عنوان مدل انتقال در نظر گرفته شده و نشان داده شده است که مدل انتقال نسبت به مدل همگن با خواص معادل، تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد. مکانیزم های انتقال نانوذرات با اثرگذاشتن بر نیروی شناوری، انتقال گرما را کاهش داده و باعث به وجود آمدن گردابه های کوچکی در مجاورت دیوارهای بالایی و پایینی محفظه می شود.

هدف اصلی این مقاله، اندازه گیری و شبیه سازی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ذره ای Al6061-Al2O3 است. نانوکامپوزیت ذره ای تولید شده حاوی 0 تا 3 درصد حجمی از نانوذرات آلومیناست. از آن جایی که استحکام تسلیم و سختی در مواد نانوکامپوزیت به اندازه دانه های آن ها بستگی دارد، برای بیان رابطه استحکام تسلیم با اندازه دانه ها از رابطه تجربی هال - پچ استفاده شده است. در ادامه، روش های مختلف برای مدلسازی رفتار کششی ماده نانوساختار یعنی تکنیک سلول واحد با تک آخال، سلول واحد با چندین آخال و سلول واحد جاسازی شده معرفی می شوند و از آن ها برای پیش بینی رفتار آلومینیوم نانوساختار استفاده می شود. شبیه سازی رفتار مکانیکی در آلومینیوم نانوساختار با استفاده از نرم افزار اجزای محدود محاسبه و با مقادیر تجربی مقایسه شده است. در نهایت، منحنی تنش - کرنش نانوکامپوزیت ذره ای ساخته شده توسط روش سلول واحد مدلسازی شده است. مدل در نظر گرفته شده در این قسمت تحت بارگذاری واحد قرار داده می شود و در نهایت با همگن سازی در داخل حجم محدود مورد نظر، نمودار تنش - کرنش به دست می آید و با مقادیر اندازه گیری شده مقایسه می شود. تطابق خوب نتایج تجربی و عددی نمایانگر مناسب بودن مدل اجزای محدود ارائه شده برای پیش بینی رفتار مکانیکی مواد نانوساختار و نانوکامپوزیت های ذره ای است. نتایج عددی نشان دادند که استفاده از مدل سازی هایی به روش سلول واحد و سلول جاسازی شده برای مدل سازی نانوکامپوزیت ها در کنار ساده بودن می تواند بسیار کارامد باشد.

در این تحقیق بهینه سازی چیدمان چندلایه های کامپوزیتی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک و سطح پاسخ برای افزایش حد تحمل بار کمانش مورد مطالعه قرار گرفته است. برای یافتن تابع کمانش پوسته استوانه ای کامپوزیتی به روش سطح پاسخ، ابتدا چندین تحلیل به روش اجزای محدود انجام شده و سپس به روش محاسباتی حداقل مربعات، دو تابع چند جمله ای یکی درجه یک و دیگری درجه دو به دست آمده است. آنگاه تغییر در حد تحمل کمانش با تغییر در چیدمان لایه های کامپوزیت صورت گرفته و فرایند بهینه سازی بار کمانش به کمک الگوریتم ژنتیک برای مدل استوانه ای انجام شده است. پس از بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک، بار کمانش چیدمان بهینه با استفاده از نرم افزار مطلب به دست آمده است. هم چنین برای ارزیابی روش به کار رفته در این تحقیق، بار کمانش برای یک چهاروجهی کامپوزیتی با روش ارایه شده در این تحقیق به دست آمده و با نتایج تحلیلی دیگر پژوهشگران مقایسه شده و نشان داده شده است که از دقت خوبی برخوردار است.