مدل سازی در مهندسی
سال:1388 | دوره:7 | شماره:19 |تعداد مقالات:8

امروزه با اندازه گیری پاسخ سازه هایی نظیر پل ها، برج ها و ساختمان ها که امکان تحریک و یا اندازه گیری نیروهای وارد به آن ها وجود ندارد، می توان خصوصیات دینامیکی آن ها را شناسایی کرد. بدلیل اندازه گیری پاسخ سازه، این روش ها با عنوان آنالیز مودال فقط پاسخ یا آنالیز مودال محیطی شناخته می شوند. یکی از مشکلات مهم این روش ها، میزان نبودن شکل مودهای حاصل از آنالیز است. شکل مودهای میزان شده برای اجرای تکنیک هایی مانند تشخیص خرابی و یا بروز رسانی مدل مورد نیاز می باشند. در این مقاله با استفاده از آنالیز حساسیت، راهکارهایی برای افزایش دقت میزان سازی شکل مودها ارائه شده است. در اینجا از روش تغییر جرم برای میزان سازی استفاده شده است. به منظور بررسی پارامترهای موثر در دقت میزان سازی، از مدل اجزاء محدود یک ساختمان ده طبقه استفاده شده است. بسامدهای طبیعی و شکل مودهای نامیزان به کمک روش تجزیه بسامدی، محاسبه شده اند. در ادامه شکل مودها، به روش تغییر جرم میزان شده اند و حساسیت نتایج نسبت به میزان تغییر جرم، مکان جرم، تعداد جرم و تعداد شکل مودها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهند به منظور افزایش دقت باید ابتدا میزان تغییر جرم با سعی و خطا بر روی مدل اجزاء محدود به دست آید و سپس به منظور کاهش خطا، جرم در تمام نقاط سازه پخش شود. همچنین برای میزان سازی از رابطه ای استفاده شود، که خطای کمتری را به دنبال داشته باشد.

به منظور انجام تحلیل های دینامیکی و همچنین تعیین میزان خطرپذیری در هر منطقه بایستی بتوان پارامترهای زمین لرزه احتمالی آن منطقه را تخمین زد. در این مقاله تلاش خواهد شد با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مقادیر شتاب، سرعت و جابجایی ماکزیمم زمین تخمین زده شود. بدین منظور از شبکه ها ی عصبی به عنوان یکی از روش ها و تکنیک های کاربردی هوش مصنوعی در ارائه یک روش محاسباتی ساده تر برای حذف تردیدها و عدم قطعیت ها در معادلات کاهندگی موجود استفاده شده است. در الگوریتم آموزشی بکار رفته، متوسط سرعت موج برشی در 30 متر اول لایه زمین، بزرگای زلزله، فاصله منشاء تا محل و عمق کانونی زلزله به عنوان پارامترهای ورودی و مقادیر ماکزیمم شتاب، سرعت و جابجایی به عنوان خروجی های این شبکه ها در نظر گرفته شده است. در این تحقیق از 2880 رکورد زلزله ثبت شده در «پروژه تولید نسل جدید روابط کاهندگی» استفاده شده که بزرگای زلزله در این رکوردها بین 4.5 تا 7.9 ریشتر، فاصله ی ایستگاه ثبت رکورد زلزله تا مرکز زلزله بین 2.3 تا 195 کیلومتر، عمق کانونی زلزله بین 0.5 تا 29 کیلومتر و سرعت متوسط امواج برشی در 30 متر اول لایه ی زمین بین 116 تا 2016 متر بر ثانیه می باشد. نتایج بیانگر عمل کرد مناسب و مطلوب شبکه های عصبی در تخمین پارامترهای جنبش نیرومند زمین می باشد.

امروزه در کشورهای در حال توسعه از جمله کشور ایران با توجه به رشد جمعیت و گسترش حمل و نقل و افزایش تقاضا روز به روز بر تعداد خودروها و سفرها افزوده می شود. این امر مشکلات عدیده ای از جمله افزایش غیر قابل قبول زمان سفرها و درصد زیاد تصادفات را به دنبال دارد. بنابراین بررسی حجم ترافیک و نرخ جریان عبوری از مسیر و تحلیل ظرفیت آن به منظور گسترش و بهبود شبکه راه ها از اهمیت خاصی برخوردار است. در این مقاله جریان ترافیک عبوری بزرگراه گرمسار- سمنان به عنوان مطالعه موردی با استفاده از شبیه سازی با نرم افزار CORSIM مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. سپس با تغییر در عوامل هندسی محور تغییرات نرخ جریان، چگالی و سرعت ترافیک عبوری مورد آنالیز قرار می گیرد. این محور از مسیرهای مهم کشور در جابجایی کالا و مسافر و جزئی از مسیر ارتباطی غرب به شرق می باشد. نرم افزار CORSIM یک نرم افزار شبیه ساز ریزنگر در علم مهندسی ترافیک است که قدرت بالایی در تحلیل و بررسی شبکه راه ها دارد. استفاده از این نرم افزار در کشور ما به علت عدم آشنایی محدود بوده و در مورد شبکه های بزرگراهی برون شهری تا به امروز مورد استفاده قرار نگرفته است. اطلاعات هندسی و ترافیکی محور مورد مطالعه از طریق بررسی میدانی و آمارگیری بدست آمده است. بزرگراه به دفعات مورد پیمایش قرار گرفته است تا اطلاعات از دقت کافی برخوردار باشد.

در فرایند برنامه ریزی و کنترل بهینه و موثر جهت مدیریت و رهبری یک پروژه همواره باید دقت نمود که به تمامی ابعاد پروژه توجه کافی مبذول گردد. شیوه های مرسوم برنامه ریزی و کنترل پروژه مانند CPM، PERT و سایر تکنیک هایی از این قبیل، معمولا روش هایی هستند که بر مبنای نامحدود بودن منابع در پروژه به کنترل زمان انجام فعالیت های پروژه پرداخته و شبکه های ایجاد شده بر مبنای تئوری حاصل از این روش ها، غالبا به بهینه سازی زمان انجام این فعالیت ها می پردازند. بنابراین در این نوع روش ها، این احتمال وجود دارد که در طول اجرای پروژه در مقاطعی از زمان، سطح نیاز به یک منبع یا یکسری از منابع بطور قابل توجهی از سطح دسترسی آن بالاتر و یا پایین تر بوده و پروژه دارای نوسانات زیادی در امر تخصیص منابع به فعالیت ها باشد و چنین چالشی با توجه محدود بودن منابع در پروژه به موازنه منفی زمان و هزینه پرداخته و آن را به پروژه ای غیر اقتصادی و یا توام با تاخیرات چشمگیر و غیر قابل جبران تبدیل می نماید. این مقاله بیانگر مدلی جهت کنترل و بهینه سازی تخصیص منابع به فعالیت های پروژه می باشد. این مدل، که در واقع تعمیمی از تکنیک های CPM و PERT با رویکرد تخصیص بهینه منابع در راستای کنترل زمان بندی استفاده از منابع محدود پروژه است، موجب توزیع موثر و متناسب منابع به فعالیت ها در سطوح مختلف پروژه گردیده و با ممانعت از همزمانی غیر ضروری استفاده چند فعالیت از یک منبع به کاهش نوسانات تخصیص منابع و ایجاد سطح دسترسی متعادل فعالیت ها به منابع در طول اجرای پروژه می پردازد.

با توجه به قوانین محدود کننده آلودگی و مصرف سوخت خودروها، تحقیقات وسیعی برای کاهش این دو مورد انجام شده است. این مقادیرعلاوه بر مشخصات خودرو به نحوه رانندگی در شهرها نیز بستگی دارد، که آن را با سیکلهای شهری بیان می کنند. بررسی اثر مشخصات این سیکل با نتایج تجربی صحیح بسیار مشکل است.بدین لحاظ الگوریتمی ارائه می گردد، که با معلوم بودن نتایج آزمایش موتور بر روی دینامومتر و مشخصات خودرو، میزان مصرف سوخت و آلایندگی خودروها را در سیکل های استاندارد تخمین می زند. این الگوریتم در چهار چوب یک برنامه به زبان Matlab ارائه می شود، که پس از تایید نتایج برنامه، با مقایسه آن با نتایج تجربی صحیح، برای بررسی اثرات سیکل که شامل تغییر در مدت زمان و مقدار شتابگیری، مدت زمان سرعت ثابت، مقدار سرعت تعویض دنده و مدت زمان توقف خودرو در سیکل شهری مورد بررسی قرار گرفته است.

سرریزهای کنگره ای بعنوان گزینه ای مناسب برای اصلاح سرریزهایی که برای عبور دبی حداکثر محتمل با مشکل روبرو هستند مطرح می شوند. این سرریزها دارای تاج غیر خطی بوده و در یک عرض معین، نسبت به سرریزهای با تاج مستقیم در یک ارتفاع مشابه، دبی عبوری از این سرریزها بیشتر از سرریز مستقیم خواهد بود.سرریزهای کنگره ای به دلیل زیاد بودن دبی عبوری از روی آن ها تحت بارهای هیدرولیکی کم و نیاز به جا و مکان کمتر در پلان نسبت به انواع دیگر سرریزها، سازه هایی اقتصادی محسوب می شوند. بنابراین استفاده از بهینه ترین شکل هندسی که بیشترین گذردهی جریان را تحت شرایط خاص هیدرولیکی به همراه کاهش هزینه ساخت را داشته باشد امری ضروری است. به این منظور در این تحقیق از قابلیت سیستم استنتاج فازی و الگوریتم ژنتیک جهت بهینه کردن هندسه سرریز و ارضای شرایط هیدرولیکی مناسب استفاده گردید. برای ساخت سیستم استنتاج فازی و سپس محاسبه ضریب گذردهی جریان بر پایه الگوهای ورودی- خروجی در دسترس، از مدل سیستم استنتاج فازی- عصبی ANFIS استفاده گردید.در این بخش در مدل ANFIS به آموزش داده های ورودی زاویه دیواره سرریز نسبت به امتداد جریان (α) و نسبت ارتفاع کل آب روی سرریز به ارتفاع سرریز (Ht/p) و خروجی ضریب گذردهی جریان Cd با استفاده از داده های آزمایشگاهی پرداخته شد. در نهایت با بکارگیری الگوریتم ژنتیک و با استفاده از خروجی مدل ANFIS به بهینه یابی هندسه سرریز با تعریف تابع هدف کمینه سازی هزینه های (حجم بتن ریزی) سرریز با ارضای شرایط هیدرولیکی مناسب پرداخته شد.

اخیرا روش جدیدی به منظور تقویت سازه های بتن مسلح به کمک مصالح FRP به نام «نصب FRP در نزدیکی سطح» یا «NSM-FRP»، مطرح شده است. تحقیقات انجام شده در بکارگیری این روش، اغلب آزمایشگاهی بوده و مطالعات عددی انجام شده در این زمینه بسیار محدود بوده است. تحقیق حاضر در ابتدا به ارائه روش مدل سازی عددی تیرهای بتن مسلح تقویت شده در برش با روش NSM-FRP، با توجه به روش های متعارف مدل سازی و ارائه پیشنهاداتی در آن ها، می پردازد. در روش های متعارف مدل سازی، رفتار چسبندگی بین بتن و مصالح تسلیح (FRP و فولاد) و همچنین رفتار ترک خوردگی بتن، با فرضیات ساده شده ای مدل می شوند. با وجود فراگیر بودن این فرضیات، کاستیهای آن ها در زمینه مدل سازی رفتار برشی تیرهای بتن مسلح کمتر مورد تفحص قرار گرفته است. در نتیجه در این مقاله نقاط قوت و ضعف آن ها مورد موشکافی و تحلیل نقادانه قرار می گیرد. برای نیل به این هدف، مدل سازی عددی بر روی دو گروه از نمونه های واقعی انجام شده است. نمونه های گروه اول توسط سایر محققین و نمونه های گروه دوم بواسطه همکاری تعدادی از نویسندگان مقاله حاضر ساخته و آزمایش شده اند. نتایج حاصل از مدل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و دلایل همخوانی یا عدم همخوانی نتایج بطور مفصل ارائه می شود. نتایج تحقیق نشان می دهد روش پیشنهادی تخمین مناسبی از میزان حداکثر باربری سازه در حالت های مختلف بدست می دهند. اما الگوی ترک خوردگی و توزیع کرنش ها گاها اختلاف محسوسی با نتایج واقعی نشان داده اند بطوریکه نسبت کرنش بیشینه حاصل از مدل های عددی به مدل های آزمایشگاهی در میله های FRP بین 0.66 تا 0.89 و در خاموت های فلزی بین 0.25 تا 0.60 بدست آمده است.