این بسته شامل 7 پایان نامه در زمینه اندرکنش سد و مخزن می باشد که به صورت فایل word و pdf در اختیار شما قرار میگیرد.

تمامی پایان نامه ها مربوط به سال 90 به بعد می باشد.

 

 

تحلیل دینامیکی سد بتنی وزنی با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن

چکیده

تحلیل دینامیکی سدهای بتنی به دلیل وجود مخزن، نسبت به سازه‌های متعارف از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. این پیچیدگی عمدتاً ناشی از اندرکنش سد و مخزن در شرایط لرزه‌ای است. در این تحقیق پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی با استفاده از روش المان محدود در شرایط مختلف پر، نیمه‌پر و خالی بودن مخزن موردبررسی قرارگرفته است. به این منظور سد بتنی وزنی کوینا با مشخصات هندسی و فیزیکی مشخص با اعمال رکوردهای زمین‌لرزه کوبه مورد تحلیل قرارگرفته است.با بررسی نتایج ارائه‌شده نتیجه‌گیری‌های زیر حاصل‌شده است:1-مقادیر تنش‌های کششی و فشاری در حالات مختلف آنالیز بسیار قابل‌توجه است. عمده این تنش‌های حداکثر در محل تغییر شیب پایین‌دست (تراز 66.5 متر) رخ‌داده و موجب تمرکز تنش در این قسمت شده‌اند. درصورتی‌که مقطع عرضی سد به‌گونه‌ای طرح می‌گردید که این شکست یا تغییر شیب پایین‌دست در ترازی بالاتر و نزدیک به تاج سد پیش‌بینی می‌شد مقادیر تنش در این قسمت به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یافت. 2-به‌طورکلی در شرایط پر بودن مخزن سطح تنش‌ها و جابه‌جایی‌ها نسبت به سایر حالات بیشتر است. در حالت D3 حداکثر تنش کششی به‌دست‌آمده 74 درصد بیش از مقدار مشابه در حالت D2 است. در مورد تنش فشاری این میزان به 112 درصد می‌رسد. این در حالی است که در حالت D2 حداکثر تنش کششی و فشاری به ترتیب 8 و 4 درصد نسبت به D1 بیشتر است. این مسئله در خصوص جابه‌جایی‌ها نیز صدق می‌کند .3-باوجود تغییر تراز آب مخزن، به‌طورکلی الگوی توزیع تنش‌ها دچار تغییرات اساسی نمی‌گردد. هرچند در برخی لحظات موقعیت وقوع حداکثر تنش در حالات مختلف متفاوت است ولی حداکثر تنش‌های فشاری و کششی در ناحیه تغییر وجه شیب پایین‌دست رخ می‌دهند.4-حداکثر جابه‌جایی افقی دقیقاً در زمان پیک شتاب زلزله رخ نمی‌دهد. با توجه به اینکه در شرایط مخزن خالی نیز این امر مشهود است، می‌توان دلیل اصلی آن را پیچیدگی رفتار دینامیکی سد عنوان کرد و سهم اندرکنش سد و مخزن را در آن ناچیز تصور نمود. مطلب مذکور در خصوص حداکثر تنش‌های کششی و فشاری نیز صدق می‌کند.5-منحنی تاریخچه زمانی جابه‌جایی تاج سد در حالت D1 که مخزن خالی است نسبت به سایر حالات هموارتر است. با افزایش تراز مخزن بر میزان نوسان جابه‌جایی‌ها و نیز مقدار آن‌ها افزوده می‌شود. این مسئله ناشی از اندرکنش سد و مخزن و مشاهده تأثیر نوسان فشار هیدرودینامیک مخزن در منحنی تاریخچه زمانی جابه‌جایی تاج سد می‌باشد.6-حداکثر فشار هیدرودینامیک وارده از سوی مخزن به بدنه سد در حالت D2 در حدود 0.296 مگاپاسکال است. این مقدار در حالت D3 با 117 درصد افزایش به 0.641 مگاپاسکال می‌رسد. لازم به ذکر است فشار حداکثر یادشده در حالت D2 در ثانیه 6.15 و زمان پیک شتاب لرزه‌ای رخ می‌دهد، درحالی‌که در حالت D3 و با افزایش تراز مخزن این اتفاق با اندکی تأخیر و در زمان 6.22 ثانیه رخ می‌دهد. دلیل این مسئله این است که با افزایش تراز مخزن پیچیدگی‌های ناشی از تأثیر متقابل ارتعاش سد و مخزن بر روی یکدیگر افزایش می‌یابد.

فهرست 
فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق 1 
1-1 مقدمه 2 
1-2 سؤالات اصلی تحقیق 3 
1-3 فرضیات تحقیق 3 
1-4 روش تحقیق 4 
1-5 نتایج مورد انتظار 4 
1-6 معیار ارزیابی موفقیت تحقیق 4 
فصل دوم : بررسی منابع و مروری بر تحقیقات گذشته 5 
2-1 مقدمه 6 
2-2 مروری بر مطالعات انجام‌شده 7 
فصل سوم:روابط حاکم بر اندرکنش سیستم سد و مخزن 17 
3-1 مقدمه 18 
3-2 تحلیل دینامیکی سدهای وزنی با اعمال اثر هیدرودینامیکی مخزن 18 
3-3 مفاهیم اندرکنش دینامیک سیستمهای سد و مخزن 19 
3-4 معادله حرکت سد با مخزن خالی 20 
3-5 معادله دیفرانسیل حاکم بر انتشار امواج فشار هیدرودینامیک در محیط مخزن 21 
3-5-1 فرضیات معادله دیفرانسیل حاکم 21 
3-5-2 معادله هلمهولتز 21 
3-5-3 شرایط مرزی برای معادله هلمهولتز 22 
3-6 حل وسترگارد 25 
3-6-1 فرضیات اساسی حل وسترگارد 25 
3-6-2 حل معادله مخزن: 26 
3-6-3 فرمول وسترگارد 28 
3-6-4 روش جرم افزوده 29 
3-7 حل چوپرا 29 
3-7-1 فرضیات اساسی حل چوپرا 29 
3-7-2 فرمول چوپرا 30 
3-8 اختلاف فرمول چوپرا و وسترگارد 30 
فصل چهارم: مدلسازی و تحلیلهای عددی 32 
4-1- مقدمه 33 
4-2 معرفی نرم‌افزار آباکوس 34 
4-3 مدل‌سازی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس 35 
4-4-1 مشخصات بدنه سد 38 
4-4-2 مشخصات مخزن 41 
4-4-3 اندرکنش سد و مخزن 41 
4-4-4 انتهای دور دریاچه 42 
4-4-5 نحوه اعمال رکورد زلزله 42 
4-5-1 حالت آنالیز استاتیکی (S) 42 
4-5-2 حالت آنالیز دینامیکی مخزن خالی (D1) 44 
4-5-3 حالت آنالیز دینامیکی مخزن نیمه‌پر (D2) 48 
4-5-4 حالت آنالیز دینامیکی مخزن پر (D3) 54 
4-5-5 مقایسه نتایج جابه‌جایی‌های افقی در حالات مختلف 60 
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 63 
5-1- مقدمه 64 
5-2- نتیجه گیری 64 
5-3- پیشنهاد‌ها برای تحقیقات آتی 65 
مراجع 67 
فهرست منابع و مراجع 68 

 

کاربرد روش معادلات مجزا برای حل مسئله اندرکنش سد و مخزن

چکیده

سدها به عنوان یکی از مهم‌ترین سازه‌ها در توسعه و آبادانی کشورها، همواره در معرض خطراتی مانند زلزله قرار دارند از آنجایی که شکست یک سد هزینه‌های مالی و جانی فراوانی را به همراه خواهد داشت، در طراحی آنها باید از دقیق‌ترین و در عین حال اقتصادی‌ترین روش‌ها استفاده کرد در این پژوهش یک روش جدید با قابلیت‌های خوب به نام روش معادلات مجزا، برای آنالیز لرزه‌ای اندرکنش سد و مخزن توسعه داده شده است در روش نیمه‌تحلیلی مذکور فقط مرزهای مسئله با استفاده از المان‌های مرتبه بالای غیرایزوپارامتریک ویژه گسسته‌سازی می‌شود با استفاده از چندجمله‌ای‌های مرتبه بالای چبیشف به عنوان توابع نگاشت، توابع شکل ویژه، روش انتگرال‌‌گیری عددی کلنشا-کورتیس و روند تولید فرم انتگرالی با استفاده از روش باقیمانده‌های وزن‌دار، ماتریس ضرایب در معادلات حاکم، قطری می‌گردد به عبارت دیگر معادله دیفرانسیل حاکم برای هر درجه آزادی مستقل از سایر درجات آزادی به‌دست می‌آید این امر و نیز حل مسئله در فضایی با یک بعد کمتر از فضای اصلی، باعث کاهش قابل توجه حجم محاسبات نسبت به سایر روش‌ها می‌گردد با استفاده از این ابزارها، برای اولین بار در این پایان‌نامه روابط مورد نیاز و روند حل برای مسائل الاستودینامیک با تحریک پایه، اعمال مستقیم شرایط مرزی مخزن سد در حل آن، محاسبه‌ی توزیع فشار هیدرودینامیکی در مخازن سدها بر اساس معادله‌ی لاپلاس و آنالیز لرزه‌ای اندرکنش سد و مخزن در حوزه‌ی فرکانس ارائه شده است در این ارتباط، مسسائل مختلفی با استفاده از روش معادلات مجزا حل شده که عبارت است از: الف) آنالیز استاتیکی یک سد وزنی تحت بار فشار هیدرواستاتیک، ب) آنالیز دینامیکی دو سد خالی، ج) محاسبه‌ی فشار هیدرودینامیک بر روی بدنه‌ی یک سد صلب با اعمال غیرمستقیم و مستقیم شرایط مرزی (اثرات امواج سطحی، رسوبات کف و جذب امواج فشاری در دوردست) مخزن و د) دو مورد از آنالیز اندرکنش سد وزنی و مخزن با فرض تراکم‌پذیری (استفاده از معادله‌ی هلمهولتز) و تراکم‌ناپدیری (استفاده از معادله‌ی لاپلاس) آب مخزن تحت یک زلزله‌ی هارمونیک افقی مقایسه نتایج به‌دست آمده از این روش با سایر روش‌های عددی و تحلیلی، بیان‌گر توانایی و دقت مناسب این روش در زمینه‌های ذکر شده توام با کاهش حجم محاسبات می‌باشد

فصل اول مقدمه و کلیات 
1-1 پیشگفتار 1 
1-2 تاریخچه 2 
1-3 مروری بر برخی از روش‌های عددی 2 
1-3-1 روش تفاضلهای محدود 2 
1-3-2 روش المانهای محدود 3 
1-3-3 روش المانهای مرزی 4 
1-3-4 روشهای بدون المان 4 
1-3-5 روش المانهای شبهطیفی 5 
1-3-6 روش المانهای طیفی 5 
1-3-7 روش المان مرزی- محدود مقیاسشده 6 
1-4 هدف از انجام پژوهش 6 
1-5 نوآوری 7 
6-1 ضرورت انجام پژوهش و کاربردهای آن 7 
7-1 ساختار گزارش 8 
فصل دوم تعریف مسئله و پیشنیازهای تحقیق 
2-1 مقدمه 10 
2-2 ابزارهای روش معادلات مجزا 10 
2-2-1 مدل‌سازی هندسه مسائل دو بعدی در روش معادلات مجزا 11 
2-2-1-1 مسائل با تابع هدف برداری 15 
2-2-1-2 مسائل با تابع هدف اسکالر 16 
2-2-2 مدل‌سازی فیزیک مسائل دو بعدی در روش معادلات مجزا 16 
2-2-2-1 مسائل با تابع هدف برداری 18 
2-2-2-2 مسائل با تابع هدف اسکالر 18 
2-2-3 روند کلی حل معادلات حاکم در روش معادلات مجزا 19 
2-2-4 روش انتگرال گیری یک بعدی کلنشا- کورتیس برای مسائل دو بعدی 20 
2-2-5 روش باقیمانده‌های وزنی 21 
2-2-6 روش گالرکین 22 
2-2-7 خاصیت دلتای کرونیکر 22 
2-2-8 توابع بسل 22 
2-2-9 توابع چبیشف 24 
2-3 مفاهیم مسئله‌ی اندرکنش دینامیکی سد و مخزن 26 
2-3-1 معادله حاکم بر انتشار امواج فشار هیدرودینامیک مخزن سد در حالت دو بعدی 26 
2-3-2 شرایط مرزی در مسئله‌ی سد و مخزن 29 
2-3-2-1 شرط مرزی بالادست (دوردست)مخزن(S1) 29 
2-3-2-2 شرط مرزی کف مخزن(S2) 30 
2-3-2-3 شرط مرزی بین سد و مخزن(S3) 30 
2-3-2-4 شرط مرزی برای سطح آزاد مخزن(S4) 30 
2-4 مروری بر برخی کارهای انجام شده با روش معادلات مجزا 31 
2-4-1 مسائل پتانسیل 31 
2-4-2 مسائل الاستو استاتیک 32 
2-4-3 مسائل الاستودینامیک 33 
2-5 مطالعات آنالیز لرزه‌ای سد و مخزن 33 
2-5-1 مروری بر کارهای انجام شده 33 
2-5-2 حل تحلیلی اندرکنش سد و مخزن 36 
2-5-2-1 حل وسترگارد 36 
2-5-2-2 حل چوپرا 37 
2-6 جمع‌بندی و نتایج 38 
فصل سوم کاربرد روش معادلات مجزا برای حل مسائل پتانسیل و الاستواستاتیک 
3-1 مقدمه 39 
3-2 حل مسئله‌ی الاستواستاتیک 39 
3-2-1 معادله حاکم بر مسایل الاستواستاتیک دو بعدی 39 
3-2-2 حل معادله حاکم بر مسایل الاستواستاتیک دو بعدی 41 
3-2-3 حل مثال الاستواستاتیک دو بعدی 42 
3-3 حل مسئله‌ی پتانسیل 43 
3-3-1 معادله‌ی حاکم بر تغییرات فشار هیدرودینامیکی مخزن سد با فرض تراکم‌پذیری آب 43 
3-3-2 شرایط مرزی در نظر گرفته شده برای این مثال 45 
3-3-3 حل معادله‌ی حاکم بر تغییرات فشار هیدرودینامیکی مخزن سد با فرض تراکم‌پذیری آب 45 
3-3-4 حل مثال پتانسیل دوبعدی 47 
3-4 جمع‌بندی و نتایج 54 
فصل چهارم توسعه‌ی روش معادلات مجزا در حوزه‌ی مسائل پتانسیل و الاستودینامیک 
4-1 مقدمه 56 
4-2 توسعه‌ی روش معادلات مجزا برای حل مسائل الاستودینامیک دوبعدی با تحریک پایه 56 
4-2-1 معادله حاکم بر مسائل الاستودینامیک دو بعدی با تحریک پایه 57 
4-2-2 مدل‌سازی هندسه‌ی مسئله 58 
4-2-3 مدل‌سازی فیزیک مسئله 58 
4-2-4 دستگاه معادلات حاکم در روش معادلات مجزا 58 
4-2-5 دستگاه معادلات دیفرانسیل قطری 60 
4-2-6 حل معادله‌ی حاکم 61 
4-2-7 نحوه‌ی حل معادلات حاکم در روش معادلات مجزا 62 
4-2-8 حل مثال‌های عددی الاستودینامیک دو بعدی با تحریک پایه در حوزه‌ی فرکانس 63 
4-2-8-1 سد با دیواره‌ی بالادست قائم 64 
4-2-8-2 سد با دیواره‌ی بالادست شیب‌دار 66 
4-2-9 بحث و بررسی بر روی نتایج 67 
4-3 توسعه‌ی روش معادلات مجزا برای اعمال مستقیم شرایط مرزی در آنالیز اندرکنش سد و مخزن 67 
4-3-1 شرایط مرزی مسئله‌ی اندرکنش سد و مخزن در روش معادلات مجزا 68 
4-3-1-1 شرط مرزی دور دست مخزن(S1) 68 
4-3-1-2 شرط مرزی کف مخزن(S2) 70 
4-3-1-3 شرط مرزی بین سد و مخزن (S3) 72 
4-3-1-4 شرط مرزی سطح آزاد مخزن(S4) 73 
4-3-2 نحوه‌ی اعمال مستقیم شرایط مرزی مسئله‌ی اندرکنش سد و مخزن در روش معادلات مجزا 75 
4-3-3 روند حل مسئله اندرکنش سد صلب و مخزن با اعمال مستقیم شرایط مرزی در روش معادلات مجزا 75 
4-3-4 انتخاب محل مبدا مختصات 76 
4-3-5 انتخاب محل LCO 77 
4-3-6 حل مثال‌های عددی 77 
4-3-7 بحث و بررسی بر روی نتایج 85 
4-4 توسعه‌ی روش معادلات مجزا در محاسبه‌ی فشار هیدرودینامیکی مخازن سدها بر اساس معادله‌ی لاپلاس 86 
4-4-1 معادله‌ی حاکم بر تغییرات فشار هیدرودینامیکی مخزن سد با فرض تراکم‌نا‌پذیری آب( لاپلاس) 86 
4-4-2 حل معادله‌ی حاکم بر تغییرات فشار هیدرودینامیکی مخزن سد با فرض تراکم‌نا‌پذیری آب( لاپلاس) 88 
4-4-3 روند کلی حل مسئله‌ی سد و مخزن در روش معادلات مجزا با استفاده از معادله‌ی لاپلاس 89 
4-5 جمع‌بندی و نتایج 91 
فصل پنجم توسعه‌ی روش معادلات مجزا در اندرکنش دینامیکی سد و مخزن 
5-1 مقدمه 93 
5-2 آنالیز استاتیکی سدهای وزنی با استفاده از روش معادلات مجزا 93 
5-2-1 آنالیز استاتیکی سد و مخزن 93 
5-3 آنالیز لرزه‌ای اندرکنش سد و مخزن با استفاده از روش معادلات مجزا 96 
5-3-1 دستگاه معادلات دینامیکی محیط سازه 96 
5-3-1-1 معادله‌ی حاکم بر رفتار دینامیکی سد با لحاظ کردن بار خارجی تحت ارتعاش هارمونیک پایه 96 
5-3-1-2 مدل‌سازی هندسه‌ی مسئله 97 
5-3-1-3 مدل‌سازی فیزیک مسئله 98 
5-3-1-4 دستگاه معادلات درگیر حاکم در روش معادلات مجزا 98 
5-3-1-5 دستگاه معادلات دیفرانسیل غیردرگیر حاکم در روش معادلات مجزا 99 
5-3-1-6 پاسخ کلی معادلات حاکم 100 
5-3-2 دستگاه معادلات دینامیکی محیط سیال 101 
5-3-3 مدل‌سازی سیستم سد و مخزن در روش معادلات مجزا 101 
5-3-4 شرایط مرزی در سیستم سد و مخزن 102 
5-3-5 روش حل معادلات حاکم بر سیستم سد و مخزن در روش معادلات مجزا 103 
5-3-6 حل مثال عددی 105 
5-3-6-1 مثال 1 105 
5-3-6-2 مثال 2 108 
5-3-7 بحث و بررسی نتایج 110 
5-4 جمع‌بندی و نتیجه‌گیری 110 
فصل ششم نتایج و پیشنهادات 
6-1 نتایج 113 
6-2 پیشنهادات 114 
مراجع115 
واژه‌نامه‌ی انگلیسی به فارسی 121 

 

بهینه‌سازی لرزه‌ای سد بتنی وزنی با استفاده از لایه‌ی ایزولاسیون با در نظر گرفتن اندرکنش سد – مخزن – فونداسیون

چکیده

در این پایان‌نامه، به بهینه‌سازی لرزه‌ای سد بتنی وزنی با استفاده از لایه‌ی ایزولاسیون هیدرودینامیکی پرداخته می‌شود برای این که مدل‌سازی به صورت جامع انجام گیرد و تأثیر دامنه‌ها لحاظ گردد، آب تراکم پذیر در نظر گرفته شده و اثرات انعطاف‌پذیری فونداسیون در مدل اعمال می‌شود تا اندرکنش دینامیکی سیستم سد ‌ مخزن ‌ فونداسیون به مدل تحمیل شود از شرط مرزی سامرفلد برای مرز دوردست قطع شده استفاده می‌گردد در استخراج معادلات حاکم بر دامنه‌ها، اثرات اندرکنش بین دامنه‌ها لحاظ شده و شرایط مرزی متنوعی برای اعمال بر سیستم پیش‌بینی شده است با توجه به تحریکات دینامیکی، آنالیز در حوزه زمان انجام گرفته و برای حل معادلات دینامیکی حاصل شده از روش Newmark استفاده شده است که از لحاظ عددی به صورت غیر مشروط پایدار می‌باشد تأثیرات اندرکنش سد، مخزن و فونداسیون در مدل‌ها لحاظ شده است با توجه به رفتار و هندسه‌ی سد بتنی وزنی، مدل به صورت دو بعدی تهیه شده و برای مدل‌سازی و انجام تحلیل از نرم‌افزار ANSYS استفاده شده است به عنوان یک مطالعه‌ی موردی، آنالیز لرزه‌ای سد Koyna در کشور هند انتخاب شده و مولفه‌ی افقی و قائم شتاب نگاشت زمین لرزه‌ی تفت به مدل تحمیل شده است با توجه به اینکه هدف اصلی پایان‌نامه بهبود عملکرد لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی و بهینه‌سازی شکل هندسی آن‌ها از لایه‌ی ایزولاسیون می‌باشد، برای این منظور، حجم بدنه‌ی سد به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و قیود متعدد هندسی و رفتاری به منظور بهینه‌سازی لرزه‌ای سد بتنی وزنی در نظر گرفته می‌شود تا طرح بهینه‌ای برای لایه ایزولاسیون انتخاب شود قابلیت مدل تهیه شده طوری است که می‌توان با در نظر گرفتن شرایط ذکر شده و اعمال توأم شتاب افقی و قائم زلزله، تحلیل لرزه‌ای کاملی را با در نظر گرفتن اندرکنش سد، مخزن و فونداسیون انجام داد و تأثیر لایه‌ی ایزولاسیون را در بهبود پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی بررسی و مقایسه نمود

فصل اول: کلیات پژوهش 
١-١- مقدمه۲ 
١-١-١- تاریخچه‌ی سدسازی در ایران۳ 
١-١-٢- سد بتنی وزنی۴ 
١-١-٣- مقطع عرضی سد بتنی وزنی٥ 
١-١-٤- ارتفاع سازه‌ای سد بتنی وزنی٦ 
١-١-٥- طول سد بتنی وزنی٦ 
١-١-٦- معیارهای انتخاب محل سد بتنی وزنی٦ 
١-١-٧- زلزله٧ 
١-١-٨- دسته‌بندی آسیب‌های وارده بر سدها٨ 
١-۱-٩- طرح بهینه‌سازی سدها١٠ 
١-١-١٠- پرده‌ی جداساز هیدرودینامیکی یا لایه‌ی ایزولاسیون سد بتنی وزنی١٢ 
١-١-١٠-١- مصالح لایه‌ی ایزولاسیون (رزین یا پلیمرهای طبیعی (Rubber))١٣ 
١-٢- ضرورت و اهداف انجام تحقیق١٤ 
١-۳- تعریف مسئله١٥ 
١-۳-١- هندسه‌ی مسئله و دامنه‌ی مورد نظر محاسباتی١٨ 
١-۳-١-١- معرفی سد بتنی وزنی کوینا (Koyna)١٨ 
۱-۳-۱-٢- ابعاد و هندسه‌ی سد کوینا١٩ 
١-۳-٢- فرضیات در نظر گرفته شده برای مدل‌سازی٢١ 
١-۴- روش تحقیق٢١ 
١-٥- نوآوری‌های پایان‌نامه٢٢ 
١-٦- هدف پژوهش٢٢ 
١-٧- پیشینه‌ی پژوهش٢٢ 
فصل دوم: مدل‌های تحلیل سیستم 
٢-١- مطالعات رفتار سیستم سد مخزن فونداسیون٢٦ 
٢-٢- مطالعات اثرات مرزها و اندرکنش٢٧ 
٢-٢-١- مرز کف مخزن٢٧ 
٢-٢-١-١- فونداسیون صلب٢٧ 
٢-٢-١-٢- فونداسیون تا حدی جاذب (بدون وجود لایه‌ی رسوبی)٢٨ 
٢-٢-١-۳- فونداسیون تا حدی جاذب (بدون در نظر گیری تأثیر فونداسیون سنگی)٢٩ 
٢-٢-٢- مرز دوردست مخزن٢٩ 
٢-٢-۳- مرز سطح آب٣٥ 
٢-٢-۴- مرز سد مخزن٣٧ 
٢-۲-۵- اندرکنش سازه سیال فونداسیون٣٩ 
٢-۳- بررسی اثرات مرز سد مخزن به همراه لایه‌ی ایزولاسیون٤٢ 
٢-۴- اثر محل تماس سد مخزن تا حدی انعکاسی٤٣ 
٢-۴-۱- مخزن با طول نامحدود٤٣ 
٢-۴-۲- مدل Hatami٤٦ 
٢-۴-۲-۱- اثر طول مخزن در طرح Hatami٤٧ 
٢-۴-۳- لایه‌ی ایزولاسیون هیدرودینامیکی٤٩ 
٢-۴-۳-۱- ملاحظات کاربردی و اجرایی لایه‌ی ایزولاسیون٥٠ 
٢-۴-۳-۱-١- مصالح کاربردی و اجرایی لایه‌ی ایزولاسیون٥٠ 
٢-۴-۳-۱-۲- موقعیت کاربردی و اجرایی لایه‌ی ایزولاسیون٥١ 
٢-٥- کاستی‌های تحقیقات انجام شده٥١ 

فصل سوم: معادلات حاکم بر سیستم 
۳- روش‌های آنالیز لرزه‌ای و مدل کردن سازه٥٣ 
۳-١- آنالیز به روش استاتیکی٥٣ 
۳-٢- آنالیز به روش دینامیکی٥٣ 
۳-٣- معادله‌ی حاکم بر انتشار امواج فشار هیدرودینامیکی در محیط مخزن٥٥ 
۳-٣-۱- شرایط مرزی٥٦ 
۳-٣-۱-۱- شرط مرزی دوردست مخزن (شرط مرزی انتشار)٥٦ 
۳-٣-۱-۲- شرط مرزی اندرکنش بین مخزن و بدنه‌ی بالادست سد٥٨ 
٣-٣-١-۳- شرط مرزی کف مخزن٥٩ 
۳-٣-۱-۴- شرط مرزی سطح آزاد مخزن٥٩ 
۳-٣-٢- مدل‌سازی عددی معادله‌ی حاکم بر مخزن و سد با استفاده از روش عناصر محدود٦١ 
۳-٣-٢-۱- معادلات درگیر سد و مخزن٦٢ 
۳-٣-٢-۲- معادله‌ی دینامیکی حاکم بر سد٦٢ 
۳-٣-٢-۳- مدل عناصر محدود مخزن٦٤ 
۳-٣-٢-۴- شرط مرزی دوردست مخزن٦٥ 
۳-٣-٢-۵- شرط مرزی در کف مخزن٦٦ 
۳-٣-٢-۶- شرط مرزی سطح آزاد مخزن٦٦ 
۳-٣-٢-۷- شرط مرزی در محل تماس سد و مخزن٦٧ 
۳-٣-٢-۸- حل دستگاه معادلات درگیر حاکم بر سد و مخزن٦٨ 

فصل چهارم: مدل‌سازی سیستم و تحلیل عددی 
۴-١- انتخاب روش عددی٧١ 
۴-۲- انتخاب نوع مصالح مدل٧٢ 
۴-۳- حل معادلات تعادل در تحلیل دینامیکی٧٢ 
۴-۳-١- روش تاریخچه‌ی زمانی انتگرال‌گیری مستقیم٧٣ 
۴-۳-١-١- روش نیومارک (Newmark)٧٦ 
۳-۴-١-۲- الگوریتم کامل با استفاده از روش انتگرال‌گیری Newmark٧٦ 
۳-۴-۲- آنالیز دینامیکی سد بتنی وزنی با در نظر گرفتن اندرکنش سد مخزن فونداسیون٧٨ 
۳-۴-۲-۱- معادلات حاکم٧٩ 
۳-۴-۲-۲- گسسته‌سازی معادله‌ی موج٧٩ 
۳-۴-۲-۳- شکل ماتریسی معادله‌ی حاکم٨٠ 
۴-۳-۲-۴- اثرات جذب در کف مخزن٨١ 
۳-۴-۲-۵- اندرکنش آکوستیکی سازه و سیال٨٢ 
۴-۴- شرایط مرزی حاکم بر مدل٨٣ 
۴-۴-١- شرط مرزی بالادست مخزن٨٣ 
۴-۴-٢- شرط مرزی در کف مخزن٨٤ 
۴-۴-۳- شرط مرزی سطح آزاد آب مخزن٨٤ 
۴-۴-۴- شرط مرزی محل تماس سد و مخزن٨٤ 
۴-۴-۵- شکل ماتریسی معادلات حاکم بر سیستم٨٥ 

فصل پنجم: معرفی برنامه، روش تحلیل و ارزیابی مدل 
٥-١- معرفی برنامه ANSYS ٨٨ 
٥-۱-۱- اهداف انتخاب نرم‌افزار ANSYS٨٨ 
٥-١-۲- ویژگی‌های نرم‌افزار ANSYS ٨٩ 
٥-٢- مشخصات عناصر ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ سازه، مخزن و ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺮزی در مدل‌سازی٩٢ 
٥-۲-۱- مشخصات عناصر ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ سد، فونداسیون و لایه‌ی ایزولاسیون در مدل‌سازی٩٣ 
٥-٢-۲- مشخصات عناصر ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺳﯿﺎل مخزن در مدل‌سازی٩٣ 
٥-٢-۳- نحوه‌ی اعمال شرایط مرزی در مدل٩٣ 
٥-۳- روند تحلیل مدل٩٤ 
٥-۳-۱- روش Full Method٩٤ 
٥-۳-۲- مزایای روش Full Method٩٤ 
٥-۴- نحوه‌ی آنالیز مدل‌ها٩٥ 
۵-۵- مشخصات مصالح در آنالیز سیستم سد مخزن فونداسیون٩٧ 
۵-۶- روند تحلیل مدل و تفسیر نتایج٩٨ 
۵-۶-۱- تأثیر افزایش ضخامت بتن در وجه بالادست سد٩٩ 
۵-۶-۱-۱- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداکثر در پنجه‌ی سد٩٩ 
۵-۶-۱-۲- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداقل در پنجه‌ی سد١٠٠ 
۵-۶-۱-۳- بررسی نتایج حالت افزایش ضخامت بتن در وجه بالادست سد١٠١ 
۵-۶-۲- بهینه‌سازی سد وزنی با به‌کارگیری لایه‌ی ایزولاسیون هیدرودینامیکی١٠٢ 
۵-۶-۲-۱- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تغییر مکان افقی تاج سد١٠٣ 
۵-۶-۲-۲- نمودارهای پاسخ تاریخچه زمانی فشار هیدرودینامیکی در پاشنه سد١٠٥ 
۵-۶-۲-۳- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداکثر در پنجه سد١٠٧ 
۵-۶-۲-۴- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداقل در پنجه سد١٠٩ 
۵-۶-۲-۵- کانتورهای نمایش توزیع تغییر مکان افقی در بدنه‌ی سد١١١ 
۵-۶-۲-۶- کانتورهای نمایش توزیع فشار هیدرودینامیکی در مخزن١١٣ 
۵-۶-۲-۷- کانتورهای نمایش توزیع تنش اصلی حداکثر در بدنه‌ی سد١١٥ 
۵-۶-۲-۸- کانتورهای نمایش توزیع تنش اصلی حداقل در بدنه‌ی سد١١٧ 
۵-۶-۲-۹- داده‌های خروجی حالت به‌کارگیری لایه ایزولاسیون هیدرودینامیکی١١٩ 
۵-۶-۲-۱۰- منحنی مقایسه‌ای تغییرات داده‌ها١٢١ 
۵-۶-۳- طرح سد وزنی بتنی با تعبیه‌ی ماهیچه در پنجه‌ی سد١٢٣ 
۵-۶-۳-۱- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ زمانی تنش اصلی حداکثر و حداقل در پنجه‌ سد١٢٤ 
۵-۶-۳-۲- بررسی نتایج طرح سد وزنی بتنی با تعبیه‌ی ماهیچه در پنجه‌ی سد١٢٥ 
۵-۶-۴- طرح سد وزنی بتنی با لایه‌ی ایزولاسیون منقطع و پلکانی١٢٧ 
۵-۶-۴-۱- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداکثر و حداقل در پنجه‌ی سد با لایه‌ی ایزولاسیون منقطع١٢٨ 
۵-۶-۴-۲- بررسی نتایج طرح سد وزنی بتنی با لایه‌ی ایزولاسیون منقطع١٣٠ 
۵-۶-۴-۳- نمودارهای پاسخ تاریخچه‌ی زمانی تنش اصلی حداکثر و حداقل در پنجه‌ی سد با لایه‌ی ایزولاسیون پلکانی١٣١ 
۵-۶-۴-۴- بررسی نتایج طرح سد وزنی بتنی با لایه‌ی ایزولاسیون پلکانی١٣٢ 

فصل ششم: نتیجه‌گیری و بحث 
۶-۱- مقدمه١٣٥ 
۶-۲- بررسی نتایج و نتیجه‌گیری١٣٦ 
۶-٣- پیشنهادات١٣٩ 

فهرست منابع و مآخذ ١٤٠ 

 

بررسی تاثیر مولفه دورانی زلزله بر پاسخ لرزه‌ای سدهای دوقوسی با در نظرگرفتن اندرکنش سد- مخزن- فونداسیون

چکیده

در این پایان نامه به تاثیر مولفه دورانی بر روی پاسخ لرزه ای سد دو قوسی با در نظر گرفتن اثرات اندرکنش پرداخته می شود برای انجام مدل سازی و تحلیل از نرم افزار Ansys که مبتنی بر روش عناصر محدود می باشد، استفاده شده و تاثیر اندرکنش سد، مخزن و فونداسیون در مدل لحاظ شده است با توجه به رفتار و هندسه سدهای دو قوسی، مدل سازی به صورت سه بعدی انجام گرفته و برای مرز دوردست مخزن از شرط مرزی سامرفلد استفاده شده است برای انجام آنالیزهای دینامیکی از تحلیل تاریخچه زمانی، به دلیل اینکه پاسخ واقعی سازه را در برابر زلزله اعمالی به صورت دقیق ارائه می‌دهد، استفاده شده و برای انتگرال‌گیری عددی از روش Newmark که به صورت غیر مشروط پایدار می باشد، بهره گرفته شده است به عنوان یک مطالعه موردی، آنالیز لرزه ای سد ماروپوینت مورد توجه قرار گرفته است برای بررسی تاثیر مولفه دورانی، مدل تهیه شده برای دو حالت اعمال مولفه های انتقالی تنها و اعمال مولفه های انتقالی و دورانی به صورت توام مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج حاصل باهم مقایسه شده است نتایج حاصل از تحلیل، تاثیر مولفه دورانی را در افزایش پاسخ ها نشان می دهد در انتهای پایان نامه، برای بررسی اثرات تراکم پذیری، سختی فونداسیون و سرعت موج برشی ورودی به فونداسیون بر روی پاسخ لرزه ای مدل مورد بحث، مطالعات پارامتری انجام گرفته است

فصل اول: کلیات 
1-1- مقدمه 2 
1-2- انواع سدهای قدیمی ایران2 
1-3- سد قوسی3 
1-4- بارهای وارده بر سدهای قوسی5 
1-5- ایمنی سدهای قوسی6 
1-5-1- تئوری مقاومت6 
1-5-2- تئوری پایداری7 
1-6- زلزله8 
1-6-1- انواع امواج زلزله8 
1-6-1-1- امواج داخلی یا پیکری9 
1-6-1-2- امواج سطحی9 
1-6-2- بررسی انواع موج زلزله9 
1-6-2-1- امواج طولی9 
1-6-2-2- امواج برشی10 
1-6-2-3- امواج لاو10 
1-6-2-4- امواج رایلی11 
1-6-2-5- امواج دورانی11 
1-7- تعریف مسئله11 
1-8- مرور کارهای انجام شده13 
1-9- فرضیات تحقیق14 
1-10- روش تحقیق14 
1-11- هدف از انجام تحقیق15 
1-12- نوآوری16 
1-13- ساختار پایان نامه16 

فصل دوم: سیستم سد، مخزن و فونداسیون 
2-1- مقدمه 18 
2-2- اثرات مرزها و اندرکنش 20 
2-2-1- مرز کف مخزن20 
2-2-2- مرز دوردست مخزن21 
2-2-2-1- طول مخزن نامحدود21 
2-2-2-2- طول مخزن محدود23 
2-2-3- مرز سطح آب24 
2-2-4- مرز بالادست سد25 
2-3- روش های آنالیز لرزه ای و مدل سازی سازه26 
2-3-1- روش ضریب لرزه ای27 
2-3-2- روش نیروی جانبی معادل27 
2-3-3- روش آنالیز مودال – طیف پاسخ29 
2-3-4- روش تحلیل تاریخچه زمانی 30 
2-3-5- روش تاریخچه زمانی- انتگرال گیری مستقیم30 
2-4- مدل کردن سیستم های سازه ای31 
2-4-1- مدل های سازه ای31 
2-4-2- مدل های نوع قاب32 
2-4-3- مدل های دو بعدی33 
2-4-4- مدل های سه بعدی33 
2-4-5- مدل های اندرکنش خاک با سازه34 
2-4-6- مدل های فونداسیون34 
2-4-6-1- مدل فونداسیون سنگی بدون جرم34 
2-4-6-2- مدل فونداسیون سنگی ویسکوالاستیک35 
2-4-7- اندرکنش سیال – سازه35 

فصل سوم: معادلات حاکم بر اندرکنش هیدرودینامیکی سد، مخزن و فونداسیون و روش های حل عددی 
3-1- مقدمه38 
3-2- معادلات حاکم بر انتشار امواج فشار هیدرودینامیک در محیط مخزن39 
3-3- شرایط مرزی40 
3-3-1- مرز بالادست41 
3-3-2- شرط مرزی در کف و دیواره اطراف مخزن42 
3-3-3- شرط مرزی سطح آزاد مخزن43 
3-3-4- شرط مرزی اندرکنش بین سد و مخزن45 
3-4- حل معادله هلمهولتز برای مساله اندرکنش سد بتنی و مخزن46 
3-4-1- حل تحلیلی معادله هلمهولتز47 
3-4-2- حل عددی معادله هلمهولتز با استفاده از روش عناصر محدود48 
3-4-3- معادلات درگیر سد و مخزن48 
3-4-4- معادله ی تعادل دینامیکی حاکم بر سد49 
3-4-4-1- مدل عناصر محدود مخزن50 
3-4-4-2- شرط مرزی برای بالادست مخزن51 
3-4-4-3- شرط مرزی در کف مخزن52 
3-4-4-4- شرط مرزی سطح آزاد مخزن53 
3-4-4-5- شرط مرزی بین سد و مخزن53 
3-4-5- حل دستگاه معادلات درگیر حاکم بر سد و مخزن55 
3-5- روش های حل عددی معادلات 55 
3-5-1- روش Newmark56 
3-5-2- روش انتگرال گیری مستقیم57 
3-5-3- پایداری روش نیومارک58 

فصل چهارم: مولفه دورانی زلزله 
4-1- مقدمه62 
4-2- مبانی نظری64 
4-3- روش هایی برای اندازه گیری حرکات دورانی67 
4-3-1- روش مشتق زمانی68 
4-3-2- روش تفاضل محدود69 
4-3-3- روش ژئودتیک70 
4-3-4- روش رینگ لیزری72 
4-4- شبکه شتابنگار متراکم Smart-173 
4-5- مقایسه روش های تعیین مولفه دورانی75 
4-5-1- روش تفاضل محدود78 
4-5-2- روش ژئودتیک80 
4-5-3- روش چوپرا80 

فصل پنجم: معرفی برنامه و ارزیابی مدل 
5-1- مقدمه 85 
5-2- معرفی برنامه Ansys86 
5-2-1- دلایل انتخاب نرم افزار Ansys 87 
5-2-2- ویژگی های نرم افزار Ansys87 
5-2-3- اندرکنش سازه و سیال در Ansys89 
5-3- روند تحلیل مدل89 
5-3-1- روش Full Method90 
5-3-2- مزایای روش Full Method90 
5-4- معرفی مدل90 
5-4-1- تاریخچه ساخت سد91 
5-4-2- جزئیات هندسی سد92 
5-4-3- مشخصات مصالح93 
5-5- تحلیل دینامیکی مدل93 
5-6- نتایج تحلیل دینامیکی95 
5-6-1- تحلیل مدل شامل اعمال مولفه های انتقالی شتاب نگاشت زمین لرزه ی السنترو 97 
5-6-2- ایجاد مولفه دورانی زلزله السنترو 101 
5-6-3- تحلیل مدل شامل مولفه های انتقالی و دورانی ناشی از رکورد السنترو103 
5-7- مطالعه پارامتری مدل 108 
5-7-1- بررسی اثرات تراکم پذیری سیال بر پاسخ مدل108 
5-7-2- بررسی سختی فونداسیون بر پاسخ سیستم113 
5-7-3- بررسی سرعت موج برشی در خاک ساختگاه سد و اثرات آن بر پاسخ سیستم116 
5-7-4- بررسی تاثیر مولفه دورانی زلزله حاصل از زلزله تفت بر روی سیستم118 

فصل ششم: خلاصه و نتیجه گیری 
6-1- خلاصه 128 
6-2- نتیجه گیری130 
6-3- پیشنهادات132 
فهرست منابع و مآخذ133

 

تاثیر اندرکنش بدنه-مخزن و فونداسیون بر خصوصیات مودال سد بتنی دو قوسی (بررسی موردی)

چکیده

بررسی ایمنی لرزه ای سدهای بتنی در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان بوده است که این امر تا اندازه ای مربوط به توسعه جمعیت در پایین دست سدها وصدمات مالی و جانی جبران ناپذیری که ممکن است در صورت خرابی این سازهای عظیم رخ دهد، می باشد در میان انواع سدهای موجود، سدهای بتنی قوسی از جمله پیچیده ترین سدها هستند که به علت حجم بتن ریزی کم و مقاومت بالا مورد توجه قرار گرفته اند سدهای قوسی در پلان دارای انحنا بوده و به گونه ایی است که تحدب منحنی به سمت بالا دست می باشد، در سدهای بتنی دو قوسی شعاع های داخلی و خارجی و هم زاویه داخلی و خارجی در ترازهای مختلف، متفاوت است و همچنین علاوه بر آن سد نسبت به محوری که از مرکز قوس می گذرد متقارن نمی باشد بنابراین دارای یک هندسه ی کاملا پیچیده هستند علاوه بر این از آنجا که سدها با محیط مجاور خود در اندرکنش می باشند تحلیل ایمنی سدها بدون اثر محیط مجاور دارای خطا خواهد بود، برای مشاهده تاثیر اندرکنش سیال و فونداسیون بر خواص دینامیکی سدهای بتنی دو قوسی، در این تحقیق دو سد بتنی دو قوسی موجود در ایران تحت آنالیز مودال قرار داده شده است، زیرا خواص دینامیکی یک سازه از نظر فیزیکی از دو بخش فرکانس و شکل مودها قابل تشخیص می باشد در واقع پاسخ ارتعاشی یک سیستم دینامیکی خطی، ترکیبی از حرکات هماهنگ سازه که به شکل مودهای ارتعاشی موسومند در نظر گرفته می شود در این پایان نامه برای بررسی تاثیر اندرکنش سیال، فونداسیون و بدنه بر رفتار دینامیکی سدهای بتنی، دو سد بتنی دو قوسی موجود در ایران با نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS تحت آنالیز مودال قرار داده شده اند، ابتدا هر یک از سدها بدون اثر تکیه گاه آنالیز شده و شکل بیست مود ارتعاشی و فرکانس های مربوط به هر مود ملاحظه گردید و سپس برای مشاهده اثر تکیه گاه و مخزن جمعا چهار هزار و هشتصد مود ارتعاشی همراه با فرکانس های مربوطه در سه حالت مختلف بدست آورده شد و مشاهده گردید در تحلیل سدها با احتساب اندرکنش مخزن و فونداسیون پریود به میزان حدودا 60 در صد بیشتر شده است در ضمن برای بررسی در نحوه ی مدل سازی فونداسیون، سه مقدار مختلف B (نسبت مدول الاستیسیته ی سنگ بستر به نسبت مدول الاستیسیته ی بتن بدنه)، مورد بررسی قرار گرفت و برای هر مقدار B، مودهای ارتعاشی برای مقایسه با حالت بدون اثر تکیه گاه (فونداسیون صلب) بدست آورده شد در انتها نتایج حاصل از آنالیز مودال سد کارون3 و امیرکبیر با هم مقایسه گردیده است برای تحلیل از ابعاد واقعی سدها استفاده شده و مدلسازی با نرم افزار قدرتمندSOLIDWORK انجام گرفته است

فصل 1: کلیات 1 
1-1- مقدمه2 
2-1- ضرورت انجام تحقیق3 
3-1- خلاصه ی از روند تحلیل4 
4-1- اهداف پایان نامه5 
5-1- ساختار پایان نامه5 

فصل 2: پیشینه ی تحقیق 7 
2-1- تاریخچه ی سدهای بتنی دو قوسی8 
2-2- تحلیل سدهای قوسی8 
2-2-1- تئوری استوانه های جدار نازک 9 
2-2-2- تئوری استوانه های جدار ضخیم 10 
2-2-3- تئوری قوس های مستقل 10 
2-2-4- روش بار آزمون 10 
2-2-5- روش تئوری پوسته ها 11 
2-2-6- روش اجزاء محدود 11 
2-3- تحلیل دینامیکی 11 
2-4- نگاهی به روش آنالیز مودال 12 
2-5- نگاهی کلی به تاریخچه پیشرفت روش المان محدود 12 
2-6- مفهوم اندرکنش یا تعامل 13 
2-7- آنالیز دینامیکی به روش اجزاء محدود سدها 13 
2-8- اندرکنش پی وسازه 14 
2-9- مطالعات پیشین تحلیل سدها 14 
2-10- پیشینه ی اندرکنش بدنه سد وسیال 15 
2-11- جمع بندی مطالعات اخیر 20 

فصل 3: معرفی و مدلسازی سدهای مورد بررسی 22 
3-1- معرفی سدهای مورد مطالعه 23 
3-1-1- مقدمه 23 
3-1-2- انواع سدها 23 
3-1-3- انتخاب سد قوسی 24 
3-1-4- مطالعات زمین شناسی 26 
3-1-5- معرفی پروژه26 
3-2- مدلسازی 35 
3-2-1- مدلسازی آزمایشگاهی35 
3-2-2- مدل عددی 36 
3-2-3- مدلسازی سد بتنی دو قوسی36 
3-2-4- اختصاص خصو صیات مربوطه43 
3-2-5- مونتاژ سیستم 44 
3-2-6- انتخاب نوع تحلیل 44 
3-2-7- اندرکنش45 
3-2-8- میرایی رایلی47 
3-2-9- شرایط مرزی48 
3-2-10- مش بندی سیستم51 
3-2-11- فرایند آنالیز مودال58 

فصل4: تحلیل مودال سدهای مورد مطالعه 60 
4-1- مقدمه61 
4-2- نرم افزارهای کاربردی61 
4-3- فرض های تحقیق62 
4-4- مدل سد کارون363 
4-5- مدل سد امیرکبیر63 
4-6- تحلیل با نرم افزار ABAQUS 63 
4-6-1- مشخصات مصالح 64 
4-6-2- فرایند تحلیل64 
4-6-3- مقایسه ی تاثیر اندرکنش سد، مخزن، پی بر آنالیز مودال دو سد امیرکبیر و کارون3114 
4-7- جمع بندی116 

فصل 5: جمع بندی و پیشنهادها 118 
5-1- مقدمه119 
5-2- نتایج حاصل از تحقیق120 
5-3- پیشنهادات121 
مراجع 123 

 

تحلیل دینامیکی اندرکنش سد و مخزن به روش مرز مقیاس شده

چکیده

سدها از مهم‌ترین و پرهزینه‌ترین سازه‌های دنیای امروزی هستند. صرف هزینه‌های قابل توجهی از منابع مالی و نیروی انسانی در ساخت این پروژه‌های عظیم، توجیهی بر اهمیت تحلیل و طراحی دقیق این سازه‌ها است. به عبارت دیگر صرف وقت، دقت و هزینه بیشتر در مرحله تحلیل و طراحی، که نهایتاً منجر به پیش‌گیری از شکست و آسیب سازه تحت بارهای بهره برداری و افزایش طول عمر آن خواهد شد، در کاهش هزینه‌های محتمل بعدی جهت نگهداری و تعمیر سد نقش قابل توجهی را ایفا می‌نماید.در تحلیل دینامیکی سدها عوامل گسترده‌ای پیش روی طراح قرار دارد. یکی از عمده‌ی این موارد، اثر اندرکنشی سیال درون مخزن تحت بارهای دینامیکی مانند زلزله، بر بدنه سد می‌باشد. به نحوی که چشم پوشی نمودن از اثر این حجم و وزن عظیم آب سبب ایجاد خطا‌های بزرگی در تحلیل پاسخ‌های سازه می‌گردد.جهت تحلیل مسئله اندرکنش سد و مخزن تا کنون روش‌های تحلیلی و عددی گوناگونی ارائه شده است. در این تحقیق پاسخ دینامیکی سد بتنی وزنی تحت تحریک زلزله، با در نظر گرفتن اثر نیمه بی‌نهایت بودن مخزن آن در دو بعد مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تحلیل سد، از روش اجزای محدود و در تحلیل سیال درون مخزن یک بار از روش اجزای محدود و بار دیگر از ترکیب روش اجزای محدود و مرز مقیاس شده استفاده شده و در پایان نتایج حاصل با یک نمونه حل تحلیلی مورد مقایسه قرار گرفته است.روش مرز مقیاس شده با تعریف یک دستگاه مختصات منحصر به فرد، قابلیت تحلیل مسئله انتشار موج را در محیط‌های نیمه بی‌نهایت فراهم می‌نماید. در حالی‌که در روش اجزای محدود امکان مدل‌سازی محیط نامحدود وجود نداشته و اثر انتشار امواج در این روش، بایستی با محدود‌سازی دامنه مسئله و اعمال شرایط مرزی تقریبی به مرزهای دامنه اعمال شود که این خود سبب ایجاد خطا در تحلیل اثر موج منتشر شده می‌گردد.نتایج حاصل نشان می‌دهد که استفاده از روش ترکیبی در مقایسه با روش اجزای محدود می-تواند با مدل نمودن طول کوچک‌تری از مخزن نتایج دقیق‌تری از انتشار امواج در محیط سیال را ارائه دهد. این روش با کاهش قابل توجه در حجم عملیات محاسباتی و افزایش دقت، توجیه کننده برتری نسبت به روش‌های ‌محدود در تحلیل مخزن سدها می‌باشد.

1.فصل اول: مقدمه 1 
1-1- پیشگفتار 2 
1-2- روش تحقیق 3 
1-3- ساختار پایان نامه 4 
2.فصل دوم: مفاهیم اولیه 6 
2-1- مقدمه 7 
2-2- تعاریف، اصول و مبانی نظری 7 
2-2-1- اندرکنش سد و مخزن 7 
2-2-2- ناحیه نزدیک و ناحیه دور 9 
2-2-3- شرط مرزی تابش 10 
2-3- روشهای حل سیستم سد و مخزن 11 
3.فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده 12 
3-1- تاریخچه 13 
3-2- مروری بر ادبیات موضوع 15 
3-3- نتیجه‌گیری 18 
4.فصل چهارم: روش اجزای محدود و روش پیشنهادی برای حل مسئله 19 
4-1- مقدمه 20 
4-2- روش اجزای محدود 20 
4-2-2- معادلات حاکم بر محیط سازه 25 
4-2-3- معادلات حاکم بر محیط سیال 27 
4-2-4- معادلات اندرکنش 34 
4-2-5- حل عددی معادلات 36 
4-3- روش مرز مقیاس شده 38 
4-3-1- مختصات SBFEM 38 
4-4- معادله موج در مختصات SBFEM 42 
4-5- رابطه SBFEM در حوزه زمان 47 
4-5-2- حل عددی رابطه SBFEM 50 
4-5-3- کاربرد SBFEM در مدل سازی سد صلب 55 
4-5-4- کاربرد SBFEM در مدل سازی سد قائم انعطاف پذیر 57 
4-5-5- کاربرد SBFEM در مدل سازی سد بتنی وزنی 58 
5.فصل پنجم: نتایج شبیه سازی 62 
5-1- مقدمه 63 
5-1-1- حل تحلیلی 63 
5-2- مثالهای عددی 65 
5-2-2- تحلیل سد صلب قائم 66 
5-2-3- تحلیل سد بتنی قائم 72 
5-2-4- تحلیل سد بتنی وزنی 79 
6.فصل ششم: جمع‌بندی و پیشنهادها 86 
6-1- مقدمه 87 
6-2- جمع‌بندی 88 
6-3- پیشنهادها 89 
مراجع 90 

 

تحلیل اندرکنش سد و مخزن با استفاده ازروش اجزاء محدود طیفی

چکیده

اندرکنش دینامیکی سد و مخزن بر روی پاسخ دینامیکی سد بتنی وزنی در مقابل زلزله اثرات قابل توجهی دارد. این اثر باید توسط روش‌های منطقی و قابل اطمینان در طراحی لرزه‌ای سدها به صورت دقیق‌تری در نظر گرفته شود. در این پایان‌نامه، اندرکنش سد و مخزن به عنوان یک مسئله انتشار موج به وسیله روش اجزاء محدود طیفی بر پایه‌ی چندجمله‌ای‌های لژاندر مدل شده است. کدهای خاص جداگانه‌ای برای تحلیل اندرکنش سد و مخزن در حوزه زمان با استفاده از روش‌های اجزاء محدود و اجزاء محدود طیفی نوشته شده است. نتایج بدست آمده از هر دو روش از نظر دقت، کارائی و زمان محاسبات باهم مقایسه شده‌اند. در روش اجزاء محدود طیفی با افزایش تعداد المان‌ها در سد و افزایش درجه‌ی تقریب در مخزن می‌توان با استفاده از همگرایی طیفی به سرعت به نتایج روش اجزاء محدود رسید. می‌توان نشان داد که تمام شرایط مرزی در محیط مخزن با استفاده از روش اجزاء محدود طیفی به صورت دقیق و قطری مدل می‌شود. روش اجزاء محدود طیفی منجر به ماتریس جرم قطری دقیق هم برای سد و هم برای مخزن می‌شود. ماتریس سختی این روش نسبت به روش اجزاء محدود هم برای سد و هم مخزن تنکی‌تر و دقیق‌تر است. روش اجزاء محدود طیفی به زمان محاسبات کمتری به خصوص برای المان‌های مراتب بالاتر یا سیستم بزرگتر نسبت به روش اجزاء محدود دارد. بنابراین روش اجزاء محدود طیفی روش مناسبی برای تحلیل دینامیکی سیستم سد و مخزن می‌باشد.

فهرست شکل¬ها 
فهرست جداول 
فصل اول : کلیات تحقیق 1 
1-1مقدمه: 2 
1-2 مروری بر مطالعات انجام شده 5 
1-3 تعریف مسأله و بیان سوالات اصلی تحقیق 8 
فصل دوم : معادلات حاکم بر اندرکنش سیستم سد و مخزن 10 
2-1 مفاهیم اندرکنش دینامیکی سد و مخزن 11 
2-2 معادله حرکت سد (سد با مخزن خالی) 14 
2-3 معادله حرکت آب مخزن 15 
2-4 شرایط مرزی مخزن 16 
2-4-1 شرط مرزی سطح آزاد مخزن 17 
2-4-2 شرط مرزی بین سد و مخزن 18 
2-4-3 شرط مرزی کف مخزن 18 
2-4-4 مرز بالا دست مخزن 19 
2-5 معادله تعادل دینامیکی مخزن 20 
2-6 معادله وابسته ی سد و مخزن 22 
فصل سوم : روش اجزاء محدود طیفی 23 
3-1 مقدمه 24 
3-2 تاریخچه روش¬های عددی 24 
3-3 مفاهیم و تعاریف پایه 25 
3-4 روش اجزاء محدود 26 
3-5 انتگرالگیری عددی 27 
3-5-1 مثال انتگرالگیری عددی 30 
3-6 روش¬های طیفی 31 
3-6-1 تقریب طیفی 31 
3-6-2 چندجمله¬ای لژاندر و چبیشف 32 
3-6-3 تقریب شبه طیفی 34 
3-6-4 چندجمله¬ای¬های درونیاب گاوس-لوباتو 35 
3-7 روش¬های المان طیفی (SEM) 37 
3-7-1 روش المان طیفی در ابعاد بیشتر 40 
3-7-2 حل معادله¬ی موج با روش المان طیفی 40 
فصل چهارم : توسعه کد کامپیوتری برای انجام تحلیل¬ها 45 
4-1 مقدمه 46 
4-2 آشنایی با نرم افزار Matlab 46 
4-3 روند عمومی حل مسأله در روش¬های اجزاء محدود 47 
4-4 روش حل دستگاه معادلات کوپله¬ی سد و مخزن 47 
4-4-1 روش نیومارک 49 
4-5 معرفی کد نوشته شده و زیربرنامه¬های موجود در آن 53 
فصل پنجم : نتایج تحلیل¬های عددی و بحث 58 
5-1 مقدمه 59 
5-2 مدل سد وزنی 60 
5-2-1 مشخصات هندسی سد 60 
5-2-2 مشخصات مصالح سد 61 
5-2-3 مدل اجزاء محدود برای سیستم سد و مخزن 62 
5-3 بارگذاری 63 
5-3-1 شتاب زلزله 64 
5-4 بررسی مدل تحلیل شده 65 
5-5 نتایج تحلیل استاتیکی 66 
5-6 نتایج تحلیل مستقیم سد خالی 67 
5-7 نتایج تحلیل مستقیم سد پر 69 
5-7-1 جذب امواج کف مخزن 70 
5-7-2 شرط مرزی دوردست مخزن 72 
5-7-3 شکل ماتریس¬های مخزن 73 
5-7-4 مقایسه¬ی مراتب بالاتر 76 
5-7-5 زمان انجام تحلیل¬ها 78 
5-8 بررسی صحت نتایج 79 
فصل ششم : نتیجه گیری و پیشنهادات 82 
6-1 مقدمه 83 
6-2 نتیجه¬گیری 83 
6-3 پیشنهادات 84 
مراجع 86 
پیوست 90 
نمونه کد نوشته شده برای انجام تحلیل¬ها 91 

 

————————————————————————————————————————————–

برای دریافت فایل بر روی لینک زیر کلیک نمایید.

تومان39,000 تومان29,000افزودن به سبد خرید

————————————————————————————————————————————–