با افزایش نیاز های متعدد بشر، سازه های سنگی با کاربرد های متنوع معدنی، نفتی، عمرانی، دفاعی و هسته ای به کار گرفته شده است. این نیاز موجب افزایش ابعاد و عمق سازه های زیرزمینی شده که شرایط حاکم بر بارگذاری آنها معمولا موجب گسترش ناحیه تخریب پیرامون فضای زیرزمینی می شود. شناخت رفتار غیر الاستیک سنگ تخریب شده در برگیرنده سازه های سنگی به ویژه پس از مقاومت حداکثر برای تحلیل پایداری سازه سنگی لازم است. روش های مبتنی بر مکانیک خرابی ویژگی های رفتار سنگ چون کاهش ظرفیت باربری پس از مقاومت حداکثر و زوال صلبیت الاستیک را به خوبی در نظر می گیرد. به طور کلی با دو رویکرد پدیدارشناسانه و ریزمکانیکی می توان خرابی سنگ را تشریح و تفسیر کرد. در این تحقیق به دلیل کارایی بیشتر مدل های خرابی ریزمکانیکی در برقراری ارتباط بین رفتار ریز مقیاس و بزرگ مقیاس سنگ از مدل های خرابی ریزمکانیکی استفاده شده است. در این مقاله، مدل خرابی ریزمکانیکی برای ریزترک های اصطکاکی بسته و باز با در نظر گرفتن کوپل بین لغزش اصطکاکی و بروز خرابی مورد بررسی قرار گرفته است. ازاینرو، ابتدا مفاهیم پایه مکانیک خرابی ریزمکانیکی ارایه شده است. برای محاسبه تانسور تاثیر از الگوی همگن سازی پونته کاستاندا و ویلیس استفاده شده است. سپس فرمول بندی این مدل در محیط برنامه نویسی نرم افزار FLAC کدنویسی شد و مدل رفتاری پلاستیک-خرابی ریزمکانیکی توسعه داده شده در محیط نرم افزار استفاده عملی شد. به منظور اعتبار سنجی مدل توسعه داده شده در مقیاس آزمایشگاهی، از آزمایش مقاومت فشاری تک محوره انجام شده بر روی سنگ آهک مارنی سازند پابده به عنوان مبنا استفاده شد که مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی تطابق قابل قبولی داشت.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در دهه های اخیر مدل های خرابی پدیدارشناسانه برای مطالعه خرابی مواد سنگی توسط محققان متعددی به کار برده شده اند. بیشتر مدل های خرابی پدیدارشناسانه از اصول ترمودینامیک برگشت ناپذیر برای حل مساله استفاده می کنند. از آنجایی که در مدل های خرابی پدیدارشناسانه برای حل فرآیند خرابی در مواد شکننده فیزیک واقعی فرآیند خرابی در مواد شکننده چندان در نظر گرفته نمی شود، بنابراین مدل های خرابی ریزمکانیکی روش های نوینی برای در نظر گرفتن فیزیک واقعی مساله در ریز مقیاس به ویژه جوانه زنی و رشد ترک های بال دار از ریزترک های اولیه اند که مورد توجه محققان قرار گرفته اند. لغزش اصطکاکی بر سطوح ریزترک های بسته موجب تغییرشکل های غیرخطی و جوانه زنی ترک های بال دار از نوک ریزترک های اولیه می شوند. از آنجایی که مواد سنگی توزیع مختلفی از ریزترک های اولیه از نظر اندازه و جهت دارند، تحت بارگذاری دینامیکی همه ریزترک های ذاتی موجود در مواد سنگی فعال شده و رشد می کنند. اندرکنش ریزترک ها با یکدیگر و بهم پیوستن آن ها نقش مهمی در میزان خرابی تجمعی و تشکیل صفحه شکست بزرگ مقیاس در مواد سنگی دارد. روش های همگن سازی مختلفی از قبیل توزیع رقیق، موری-تاناکا، خودسازگار و پونته-کاستاندا برای محاسبه پارامترهای معادل مکانیکی به کار برده می شوند. در این مطالعه از روش همگن سازی خودسازگار (SCS) برای تعیین پارامترهای همگن سازی شده محیط معادل نمونه سنگی تحت بارگذاری فشاری دینامیکی تک محوره استفاده شده است. الگوریتم مدل خرابی توسعه داده شده در محیط نرم افزار تجاری تفاضل محدود (FLAC) کدنویسی شده است. در این مطالعه با استفاده از مدل خرابی توسعه داده شده مقاومت نمونه سنگی در شرایط آزمایش مقاومت فشاری تک محوره به ازای نرخ های کرنش مختلف و با مقادیر بالا مدلسازی و تحلیل شده است. نتایج تحلیل ها و شبیه سازی ها وابستگی مقاومت حداکثری نمونه به نرخ کرنش اعمالی را نشان می دهد. هم چنین مطابق با نتایج، با افزایش نرخ بارگذاری میزان مقاومت فشاری نمونه افزایش می یابد.

در اغلب مواد سنگی تغییرشکل های ناشی از جابجایی در سطوح ریزترک اولیه و انتشار خرابی به دلیل جوانه زنی و رشد ترک بال و ترک ثانویه به گونه توامان رخ می دهد. وقتی مواد سنگی تحت بارگذاری دینامیکی قرار می گیرند، اندرکنش بین ریزترک ها نقش مهمی در رفتار مواد ایفا می کند. در این تحقیق روش همگن سازی خودسازگاری برای لحاظ اندرکنش بین ریزترک ها و تعیین پارامترهای موثر مواد حاوی ریزترک که تحت تاثیر رشد خرابی زوال یافته اند، بکار گرفته شده است. هدف از ارایه این تحقیق توسعه مدل خرابی ریزمکانیکی با در نظر گرفتن مکانیزم رشد ترک بال و ترک ثانویه در کنار کرنش های غیرالاستیک ناشی از جابجایی سطوح ریزترک اولیه تحت بارگذاری فشاری دینامیکی می باشد. در این تحقیق، معیار مناسبی برای شروع رشد ترک ثانویه برای ترک های بسته پیشنهاد شده است. پارامترهای چقرمگی نمونه های سنگی با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی تعیین شده است. پارامترهای ریزساختاری سنگ (میانگین طول اولیه و چگالی ریزترک ها) با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی مطالعه شده است. برای اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده، نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی با نتایج آزمایش میله فشاری هاپکینسون مقایسه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی بازای نرخ کرنش یکسان تطابق خوبی با نتایج آزمایش میله فشاری هاپکینسون دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی نشان می دهد که مدل ریزمکانیکی توسعه داده شده بسیاری از ویژگی های رفتاری سنگ ها از جمله رفتار نرم شوندگی در ناحیه بعد از مقاومت فشاری، خرابی حاصل از ترک های بال و ترک های ثانویه و تغییرشکل های بازگشت ناپذیر ناشی از جابجایی سطوح ریزترک ها را پیش بینی می کند...

دیوار برشی فولادی به علت مقاومت پس‍ کمانشی بالا، شکل پذیری قابل توجه، مشخصه های هیسترزیس پایدار و سختی اولیه زیاد، در حال حاضر به عنوان یک سیستم باربر جانبی مناسب در نظر گرفته می شود. جهت بررسی جامع عملکرد دیوار برشی فولادی، نیاز به ارزیابی و پیش بینی رفتار غیرخطی آن و مدل های هیسترزیس تحلیلی که قابلیت در نظر گرفتن همه ی مودهای زوال را داشته باشند، می باشد. یکی از مدل های هیسترزیس تحلیلی جامع، مدل ایبارا-کراوینکلر زوال اصلاح شده است. برای تعیین پارامترهای مدل، ابتدا 60 عدد دیوار برشی فولادی یک طبقه با اتصال تیر به ستون به صورت مفصلی و همچنین با ضخامت ورق میانی و طول دهانه مختلف با دو نوع فولاد مورد استفاده برای ورق میانی، به صورت عددی مدل سازی و تحلیل شدند. با استفاده از نتایج تحلیل، پارامترهای مدل زوال واسنجی شده و سپس با استفاده از مشخصات هندسی و مقاومتی تاثیرگذار بر روی این پارامترها، با تحلیل وایازش (رگرسیون)، روابطی جهت تعیین پارامترهای مدل برای دیوار برشی فولادی پیشنهاد شد. با توجه به نتایج، پارامترهای اصلی تاثیرگذار بر روی ظرفیت برشی و سختی قبل و بعد از نقطه ی تسلیم، ضخامت ورق میانی و نوع فولاد استفاده شده برای آن و نسبت طول دهانه به ارتفاع دیوار برشی فولادی هستند که نسبت طول دهانه به ارتفاع دیوار موثرتر است.

در طراحی خطوط لوله دریایی، مانند هر سازه جدار نازک دیگر، موضوع پایداری نقش عمده ای ایفا می کند. به طور کلی در خطوط لوله دریایی دو نوع ناپایداری سازه ای، به صورت کمانش کلی و کمانش موضعی (خرابی) ممکن است اتفاق بیفتد. اما موضوع ناپایداری موضعی در لوله ای که در آب عمیق کار گذارده می شود، با دیگر خطوط لوله تفاوت دارد. این تفاوت از آنجا ناشی می شود که به واسطه قرار گرفتن لوله تحت فشار بسیار زیاد (فشار هیدرواستاتیکی آب)، ناپایداری موضعی قابلیت انتشار در طول لوله پیدا می کند.در پژوهش حاضر نخست مختصری به پدیده مزبور، که به نام انتشار خرابی شناخته می شود و دلایل وقوع آن در خطوط لوله دریایی پرداخته می شود. سپس مدل سازی عناصر محدود دو بعدی و سه بعدی آن شرح داده شده و برای چند نمونه مدل، نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود. روش های مدل سازی ارایه شده به سهولت قابل کاربرد بوده و نتایج به دست آمده برای هر دو حالت دو بعدی و سه بعدی، تطابق مطلوبی با نتایج ازمایشگاهی نشان می دهند. یافتن حداقل ناکاملی مورد نیاز برای گذر از نقاط دو شاخگی، به کارگیری مشخصات هندسی اسمی لوله و استفاده از رابطه تنش- کرنش Ramberg-Osgood اصلاح شده جهت توصیف رفتار مصالح، خصوصیات اصلی روش سه بعدی پیشنهاد شده در تحقیق حاضر می باشند. روش مذکور در مقایسه با تحلیل عددی قبلی که در سال 2002 توسط Toscano و همکارانش انجام شده است، نتایج بهتری به دست می دهد.

سرعت وسایل نقلیه می تواند بر عملکرد و خرابی روسازی تأثیرگذار باشد، دو معیار مهم در خرابی های ناشی از عبور بار در روسازی انعطاف پذیر، ترک های خستگی و شیارشدگی است. کرنش کششی زیر لایه رویه و کرنش فشاری روی خاک بستر در برابر خستگی و شیارشدگی به عوامل مختلفی مانند خصوصیات بارگذاری وسایل نقلیه نظیر سرعت و مقدار بار عبوری وفشار سطح تماس بستگی دارد. در این پژوهش از الگوریتم های یادگیری ماشین برای مدل پیش بینی خرابی بحرانی روسازی انعطاف پذیر مبتنی بر سرعت وسایل نقلیه استفاده شده است. در فرآیند استفاده از شبکه های عصبی، داده های شبکه عصبی ابتدا یک سری مقادیر تصادفی را به عنوان وزن ها و بایاس های اولیه شبکه انتخاب می کند و این یکی از معایب آن است. در این راستا از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات برای بهینه سازی وزن شبکه های عصبی استفاده می شود. در مقایسه با الگوریتم های بهینه سازی، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای پیاده سازی ساده تر است و می تواند نقطه بهینه را به سرعت پیدا کند. با توجه به نتایج در سرعت های پایین وسایل نقلیه، احتمال وجود خرابی های خستگی، شیارشدگی و افت و خیزروسازی بیشتر می شود و هرچه سرعت وسیله نقلیه کمتر شود، تعداد تکرار بار منجر به خرابی نیز کاهش می یابد و افزایش سرعت باعث می شود که خرابی در روسازی کمتر شود.

رفتار برشی و مودهای شکست دیوارهای برشی بنایی، موضوع بسیاری از تحقیقات بوده است. در مقاله حاضر، عملکرد یک ریزمدل، برای تحلیل غیرخطی دیوارهای بنایی غیرمسلح، مورد بررسی قرار گرفته است. در این ریزمدل آجر و ملات، سطح تماس بین آنها توسط سه المان مجزا به نحوی در نظر گرفته می شوند که رفتار آجر و ملات، از مدل خرابی پلاستیک، دارای متغیرهای خرابی چندگانه تبعیت کند. رفتار برشی سطح تماس بین آجر و ملات، از مدل اصطکاکی کولمب که محدود به تنش برشی بحرانی است، تبعیت می کند. در تحلیل غیرخطی از روش تفاضلات محدود صریح برای تعیین تغییر مکانها و چرخش ها استفاده شده است. برای صحت سنجی مدل مذکور، نتایج آزمایشگاهی واحدهای بنایی (واحد آجرکاری) و دیوارهای آجری با نتایج بدست آمده از تحلیل عددی مقایسه شده است. نتایج این مقایسه نشان می دهد که مدل پیشنهادی برای ارزیابی رفتار دیوارهای بنایی تحت بارهای ثقلی و جانبی جوابهای مناسب و قابل قبولی را به دست می دهد.

آماده بکاری روسازی راه آهن شرط بلا منازع بهره برداری از آن در ارائه خدمات حمل و نقل ریلی است. از آنجا که توقعات عمومی در خدمات برنامه ریزی شده بخصوص در جابجایی مسافر فاقد پذیرش وقفه ای برای عملیات نگهداری است اقدام پیشگیرانه برای رفع ازکارافتادگی روسازی از اهمیت ویژه ای برخوردارمی گردد. از بین تجهیرات روسازی مدار خط که ازکارافتادگی آن تقریبا معادل از کارافتادگی خط است, ناشناخته ترین رفتار را برای پیشبینی وقوع زمان از کارافتادگی دارد تحقیقات انجام شده هیچگاه پاسخ مستقیمی به برآوردی از پیشبینی زمان وقوع خرابی مدار خط و یا علائم الکتریکی یک ایستگاه در حالت جامع شرایط ذاتی تجهیز، شرایط بهره برداری تجهیز و وضعت نگهداری تجهیز نداشته اند و غالبا در فضایی محدود از شرایط کاری خلاصه و ساده سازی شده موضوع را بررسی کرده اند. مدل اساسی پیش بینی رفتار خرابی مدار خط برپایه تخمین توابع توزیع چگالی و تجمعی احتمال خرابی و قابلیت اطمینان آن قرار دارد. این تخمین از آنجا معتبر می گردد که توابع آماری مورد نظر با متوسط گیری روی تعداد زیادی پیش امد در شرایط واقعی محاسبه و اعتبار آن با روش های نظری استاندارد تایید می گردد. برای مطالعه ی موردی مدار خط ایستگاه راه آهن تهران انتخاب شده است که تخمین تابع توزیع تجمعی خرابی آن براساس تحلیل آمار حدود ده سال گزارش از کار افتادگی آن دست می آید. این تخمین بر مدل توزیع ویبل برازش شده تا پارامترهای شکل, مقیاس و مبدا مدل رفتار خرابی مدار خط بدست آید. نتایج بدست آمده با پذیرش 5 درصد خطا در برازش حاکی از آن است که مدار خط ایستگاه راه آهن تهران با متوسط زمان بین دو خرابی برابر با 7/2 روز برای 7/1 روز, 5/7 روز و 11 روز از زمان شروع کار بعد از رفع هر خرابی به ترتیب با احتمال 50 درصد, 10 درصد و 5 درصدبا خرابی مواجه نحواهد شد.

مواد سنگی تحت تنشهای بالا، رفتار مکانیکی غیرخطی، برگشت ناپذیر، همراه با زوال صلبیت و نرم شونده از خود نشان می دهند. دلیل غالب رفتارهای غیرخطی سنگ جریان پلاستیسیته و فرآیند خرابی به صورت توامان در سنگ می باشد. از منظر میکروسکوپی جریان پلاستیک با لغزش برشی موضعی در شبکه کریستالی ماده کنترل می شود که از منظر ماکروسکوپی موجب کرنش های برگشت ناپذیر می شود. فرآیند خرابی از منظر میکروسکوپی با رشد، انتشار و گسترش ریزترک ها همراه است. نتیجه پدیدار شناختی و ماکروسکوپی فرآیند خرابی، زوال صلبیت و رفتار نرم شوندگی سنگ می باشد. در این مقاله، به منظورشبیه سازی رفتار برگشت ناپذیر و زوال خواص الاستیک مواد سنگی تحت بارگذاری، از مدل توامان خرابی و پلاستیسیته استفاده شده است. برای توصیف زوال صلبیت و رفتار نرم شوندگی پس از مقاومت حداکثر از مدل خرابی لگاریتمی، وبرای لحاظ کرنش های برگشت ناپذیر از مدل پلاستیک با تابع تسلیم دراکر-پراگر استفاده شده است. پس از توسعه مدل رفتاری جدید و ارائه الگوریتم آن، این مدل توسعه داده شده در محیط نرم افزار ++VC کدنویسی و سپس به عنوان یک مدل رفتاری جدید و مستقل، در محیط نرم افزار المان مجزای UDEC، استفاده شد. در نهایت، رفتار نمونه سنگ آهک اوولیتی تحت بارگذاری فشاری و کششی با استفاده از مدل رفتاری توسعه یافته، شبیه سازی، و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. بر اساس نتایج شبیه سازی عددی، رفتار نرم شوندگی، زوال صلبیت و تغییر شکل های برگشت ناپذیر به خوبی مطابق مشاهدات آزمایشگاهی بازتولید و شبیه سازی شده است. افزایش مقاومت و شکل پذیری سنگ با افزایش فشار همه جانبه نیز در نتایج مدل سازی عددی مشهود می باشد.