روش های عددی در مهندسی (استقلال)
سال:1395 | دوره:35 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

در این مقاله، قانون کنترلی مقاوم برای دینامیک طولی غیرخطی موشک بر اساس تئوری لیاپانوف و کنترل مدلغزشی برای ردیابی زاویه حمله ارائه شده است. فرض بر این است که در معادلات غیرخطی، نامعینی غیرتطبیقی وجود دارد. در روش پیشنهادی، بهره های کنترل کننده توسط الگوریتم اجتماع ذرات بهینه شده است. برای این منظور تابع هزینه ای با استفاده از خطای ردیابی خروجی تعریف شده است. نتایج شبیه سازی برتری عملکرد کنترل کننده پیشنهادی را نسبت به کنترل کننده معمول PID در حضور نامعینی غیرتطبیقی نشان می دهد.

در این مقاله، مدل شبکه- دانه مجزای بتن برای در نظر گرفتن سنگدانه های غیردایروی در حالت دو بعدی توسعه یافته است. به این منظور از معادله انعطاف پذیر ابربیضی برای تولید سنگدانه ها استفاده شده تا امکان شبیه سازی طیف گسترده تری از نمونه ها در فضای دوبعدی به مدل شبکه-دانه مجزا اضافه شود. متناسب با این توسعه، رویه های لازم برای تولید سنگدانه ها، چینش آنها در فضا، تعیین ناحیه اثر هر سنگدانه، تعیین سطوح اندرکنشی و نقاط محاسباتی و محاسبه کرنش ها تشریح می شود. در پایان، اثر هندسه سنگدانه ها بر مقاومت فشاری و منحنی نرم شوندگی بزرگ مقیاس بتن و همچنین الگوی ترک خوردگی بتن در تحلیل تک محوری فشاری مورد بررسی قرار گرفته است.

این مقاله به پیش بینی عمر در بارگذاری خستگی پرچرخه با استفاده از مدل آسیب شابوش- لمتر می پردازد. مدل آسیب شابوش-لمتر اثر تنش میانگین و هم چنین اثر تنش های فشاری را که باعث بسته شدن ترک می شود، درنظر می گیرد. در این مقاله، یک الگوریتم عددی به روش ضمنی برای انتگرال گیری این مدل ارائه و در یک زیربرنامه در نرم افزار اجزای محدود آباکوس پیاده سازی می شود. برای کاهش زمان حل از روش پرش در چرخه ها استفاده شده است. برای راستی آزمایی الگوریتم پیشنهادی، یک نمونه شیاردار V شکل تحت بارگذاری خستگی با نسبت تنش های متفاوت انتخاب شده و عمر آن با نتایج تجربی مقایسه می شود. در ادامه یک قطعه صنعت هوایی، اسپیندل روتور اصلی پره های یک بالگرد، که تحت بارگذاری خستگی متغیر قرار دارد مورد تحلیل قرار می گیرد.

در این مقاله، رفتار کمانش صفحات کامپوزیتی تقویت شده با چیدمان های گوناگون توزیع تابعی نانولوله های کربنی در راستای ضخامت صفحه مورد بررسی قرار گرفته است. کلیه معادلات حاکم به صورت نموی و بر اساس تئوری برشی مرتبه اول صفحات و کرنش های غیرخطی فون کارمن به دست آمده است. به منظور تعیین بار بحرانی کمانش، بار محوری به صورت نموی به صفحه اعمال می گردد و دستگاه معادلات تعادل به کمک روش آزادسازی دینامیکی برای به دست آوردن بار بحرانی کمانش حل می شود. مطالعه پارامتری برروی اثرات کسر حجمی نانولوله ها، نوع چیدمان نانولوله ها، نسبت عرض به ضخامت و نسبت های ابعادی صفحه نانوکامپوزیتی انجام شده است. نتایج بیانگر این است که استفاده از توزیع تابعی به طور قابل توجهی باعث افزایش بار بحرانی کمانش می شود.

در این مقاله تئوری روش اجزای مجزای اصلاح شده برای دنبال کردن رفتار سازه تا فروریزش و نرم افزاری برای تحلیل سازه ها با استفاده از آن ارائه می شود. نمونه های مختلفی با این روش مدل سازی و با نرم افزار توسعه داده شده در این تحقیق تحلیل می شوند. نتایج نشان می دهند که روش اجزای مجزای اصلاح شده در مقایسه با روش اجزای محدود توانایی تحلیل سازه ها را با دقت بالا در مدت زمان کوتاهی دارد و همگرایی حل مساله در آن به صورت خودکار حاصل می شود. همچنین در این مقاله برای اصلاح ماتریس سختی در ناحیه غیر خطی از روش جدیدی استفاده می شود که نسبت به روش اصلی اجزای مجزای اصلاح شده، دقت پاسخ را تا 30% افزایش می دهد.

این مطالعه نشان خواهد داد که چگونه می توان انواع ترک و ناپیوستگی ها را با کمک روش های آنالیز ایزوژئومتریک و اجزای محدود توسعه یافته مدل سازی نمود. در این مطالعه با استفاده از دو ویژگی منحصر به فرد روش آنالیز ایزوژئومتریک به تولید منطقه ناپیوسته پرداخته شده است. ناپیوستگی های تولید شده شامل ترک و مرز ناپیوستگی است. در مدل سازی به روش ایزوژئومتریک از تکنولوژی هندسی محاسباتی نربز در تقریب هندسه دامنه و متغیر اصلی مساله استفاده شده است. در تکنولوژی نربز، هندسه مساله تقریبا به طور دقیق مدل سازی می شود. همچنین با کاربرد روش آنالیز ایزوژئومتریک فاکتورهای شدت تنش در نوک ترک برای مسائل دو بعدی محاسبه شده و با فاکتور شدت تنش به دست آمده از روش حل تحلیلی و عددی مقایسه می شوند. روش عددی دیگری که برای مقایسه نتایج آنالیز ایزوژئومتریک از آن استفاده شده است، روش آنالیز اجزای محدود توسعه یافته است. در روش اجزای محدود توسعه یافته برای مدل سازی ناپیوستگی از غنی سازی گره های متاثر از ناپیوستگی استفاده می شود. در مطالعه حاضر در آنالیز اجزای محدود توسعه یافته فاکتورهای شدت تنش به وسیله انتگرال مستقل از مسیر J محاسبه می گردد. همچنین به منظور محاسبه فاکتورهای شدت تنش در مود مرکب بارگذاری از روش انتگرال اندرکنش، استفاده شده است. مقایسه نتایج به دست آمده نشان دهنده دقت مطلوب روش آنالیز ایزوژئومتریک با درجات آزادی کمتر و در نتیجه کاهش حجم محاسبات در مقایسه با روش اجزای محدود توسعه یافته است. به علاوه تولید منطقه متاثر از ناپیوستگی یا لایه مرزی به عنوان یکی از موضوعات بسیار مهم در مکانیک شکست محاسباتی، با ویژگی های خاص روش آنالیز ایزوژئومتریک قابل مدل سازی است. این توانایی خاص در این مطالعه نشان داده می شود و نتایج گویای تولید منطقه ناپیوسته با استفاده از فضای ریاضی در مدل هندسی است.

این مطالعه، مدل سازی دینامیکی و کنترل یک ربات فضایی تتر شده 1 در تعقیب مسیر پنجه ربات بررسی شده است. با درنظر گرفتن تغییرات طول تتر در مدل، دینامیک سیستم با استفاده از روش لاگرانژ مدل شده است. حرکت نوسانی یا پاندولی تتر 2 توسط تنظیم طول تتر کنترل شده است و همانند بازوهای مکانیکی متعارف، کنترل حرکت ربات توسط موتورهای آن انجام گرفته است. واضح است که در مساله تعقیب مس ر پنجه ربات با نگهداشتن آن در یک موقعیت مشخص، طول تتر کم و بیش باید ثابت نگه داشته شود. محدود کردن تغییرات طول تتر همزمان با استفاده آن به عنوان ابزار کنترلی برای کنترل حرکت پاندولی تتر، چالش اصلی سیستم کنترلی است. برای حل این مساله، یک سیستم کنترلی ترکیبی برای کنترل سیستم پیشنهاد شده است. یک روش پیش بینی مدل 3 غیرخطی برای کنترل حرکت پاندول تتر و یک روش گشتاورهای محاسبه شده 4 اصلاح شده برای کنترل حرکت بازو به کار گرفته شده اند. در ابتدا روش پیش بینی مدل غیرخطی برای یک سیستم فضایی تتر شده ساده توسعه داده شده است و سپس با یک کنترل گشتاور محاسبه شده ترکیب شده است. کنترل کننده پیشنهادی برای کنترل حرکت انتهای ربات فضایی برروی یک مسیر از پیش تعریف شده، به کار گرفته شده است، سپس عملکرد کنترل کننده با استفاده از شبیه ‍ سازی های عددی بررسی شده است.

یکی از روش های جدید کنترل ارتعاش سازه ها و کاهش پاسخ لرزه ای آنها، استفاده از سیستم جاذب انرژی غیرخطی ارتعاشی- ضربه ای است. در این سیستم یک جرم برروی کف سازه ای به گونه ای تنظیم شده است که فاصله مشخصی از دیواره غیرارتجاعی متصل به جرم طبقه دارد. جرم جابه جا شده در اثر تحریک سازه با دیواره غیرارتجاعی برخورد می کند که باعث ایجاد ضربه و جذب انرژی می شود. در تحقیق حاضر جاذب انرژی ارتعاشی- ضربه ای با بهینه یابی پارامترهای آن به طور هم زمان شامل نسبت سختی و فضای آزاد حرکت مورد مطالعه قرار گرفته است. الگوریتم جستجوی هماهنگی به عنوان یک روش فرا اکتشافی جدید به طور موثری اختصاصی شده و برای مساله بهینه یابی پیوسته فوق الذکر به کار گرفته شده است. نشان داده شده است که سیستم بهینه شده متصل به سازه قادر است که با سازه اولیه در بازه وسیع فرکانسی اندرکنش داشته باشد. پاسخ کنترل شده مورد نظر در مجموعه ای از قاب های خمشی فولادی کوتاه و میان مرتبه از طریق تحلیل های دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی مورد ارزیابی قرار گرفته است. توانایی این نوع جاذب انرژی در اتلاف انرژی لرزه ای ورودی به سازه ها و توانایی آنها در کاهش موثر پاسخ سازه ها از طریق ضربه های ارتعاشی بین جرم جاذب انرژی و جرم طبقه با استخراج شاخص های عملکردی متعدد و طیف های فوریه مورد توجه قرار گرفته است. با توجه با شبیه سازی های عددی انجام شده برروی مدل های سازه ای تعریف شده، سیستم کنترلی بهینه شده باعث باز توزیع انرژی از مودهای ارتعاشی پایین با فرکانس کم و دامنه ارتعاش زیاد به مودهای ارتعاشی بالاتر با فرکانس زیاد و دامنه ارتعاش کم می شود که منجربه کاهش مطلوب پاسخ های سازه ای شده است.

در این مقاله اثر تلفات اصطکاکی و اثر زبری در میکروکانال ها در جریان لغزشی برروی انتقال حرارت و جریان سیال در میکروکانال ها با استفاده از بسط اختلالات معادلات حاکم بر جریان، بررسی شده است. جریان آرام و در حال توسعه هیدوردینامیکی و حرارتی، به صورت دوبعدی، تراکم ناپذیر و پایدار درنظر گرفته شده است. سیال عامل، هوا و بین دو صفحه موازی در جریان است. معادلات به دست آمده از بسط معادلات ناویر استوکس و انرژی بر حسب مراتب عدد نودسن به صورت عددی با شرایط مرزی مرتبه دو لغزش سرعت و پرش دما، حل شده اند. اثرات خزش گرمایی درنظر گرفته نشده است. میدان های سرعت و دما برای هر دو حالت شار حرارتی ثابت و دمای دیواره ثابت به دست آمده و بررسی شده است. اثرات ارتفاع زبری، فاصله میان المان های زبری، طول المان های زبری، عدد رینولدز و عدد نودسن برروی رفتار لغزشی گاز بررسی شده است. نتایج اثر قابل توجه تلفات اصطکاکی و زبری را برروی جریان سیال و انتقال حرارت در میکروکانال نشان می دهد.

در بررسی رفتار مهندسی خاک ها اگرچه بخش قابل توجهی از شرایطی که مهندسی ژئوتکنیک با آن روبرو می شود شامل خاک های غیراشباع است، با این حال تحلیل و طراحی به روش مرسوم با فرض شرایط محدودکننده خاک به صورت کاملا خشک و یا کاملا اشباع انجام می پذیرد. در خاک های غیر اشباع، پدیده موئینگی موجب ایجاد نیروهای جاذب بین ذرات می گردد. روش اجزا منفصل، روشی مناسب برای بررسی اثرات موئینگی است. در روش اجزاء منفصل به صورت پی در پی محاسبات قانون دوم نیوتن برای ذرات و قانون نیرو- جابه جایی در نقاط تماس ذرات صورت می پذیرد. در این مقاله، رفتار خاک های غیراشباع در رژیم پاندولی با استفاده از روش اجزا منفصل شبیه سازی شده است. آزمایش سه محوری به صورت دوبعدی و با درنظر گرفتن اثرات نیروی موئینگی مدل سازی گردیده است. نهایتا، اثرات موئینگی بر پارامترهای ماکرو خاکدانه ای مدل سازی شده (تنش، کرنش محوری، کرنش حجمی و درصد نشانه خلاء) و پارامترهای معیار گسیختگی کولمب بررسی شده است.