فهرست مطالب

نشریه روش های عددی در مهندسی
سال سی و یکم شماره 2 (زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1392/01/17
  • تعداد عناوین: 8
|
  • فریبرز ناطقی الهی، منصور یخچالیان صفحه 1
    سیلوها سازه هایی هستند که برای ذخیره کردن انواع مختلف مصالح دانه ای مورد استفاده قرار می گیرند. بدلیل 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 مدلهایی که در آنها از اثر اندرکنش مصالح دانه ای و سازه صرفنظر شده است مقایسه شده اند.
  • محسن ثقفیان، سید مهدی مدرس زاده، محمد هاذی استکی صفحه 19
    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 جتها 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.
  • علیرضا مرتضایی، مهدی زهرایی صفحه 39
    هنگامی که ستونهای 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 تحلیلهای دینامیکی غیرخطی، تاثیر پارامترهای مختلف اعم از مشخصات زلزله، سطح بارمحوری، نسبت ارتفاع به بعد، درصد فولاد طولی و غیره بر رفتار غیرخطی ستونها 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 اثرP-Δ 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 ستونهای بتن آرمه تحت اثر زمین لرزه پیشنهاد می شود.
  • امیر هوشنگ اخویسی، مرجان ربیعی قهفرخی، سید مهدی زهرایی صفحه 61
    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 تنشها با سطح گسیختگی استفاده شده و اعضا به صورت المانهای 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 اعتبار سنجی روش پیشنهادی، نتایج به دست آمده از پیش بینی های عددی با نتایج آزمایشگاهی و نتایج نرم افزارهایANSYS 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.
  • زهرا قدم پور *، محمدرضا هاشمی، ناصر طالب بیدختی، امیرحسین نیکسرشت صفحه 79

    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 ناپذیر1 مورد مطالعه قرار گرفته است. اعمال روش های مختلف تراکم ناپذیری سیال(دو روش تصویر2) 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 آزاد3VOF 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 آشوبناکی4 پیروی کرده و میزان خطا در آنها در محدوده قابل قبولی است.

  • قنبر علی شیخ زاده، مجید دستمالچی صفحه 99
    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 اثر گذاشتن بر نیروی شناوری، انتقال حرارت را کاهش داده و باعث به وجود آمدن گردابه های کوچکی در مجاورت دیوارهای بالایی و پایینی محفظه می شود.
  • سارا ادیبی، سعید ضیایی راد، فتح الله کریم زاده صفحه 115
    هدف اصلی این مقاله، اندازه گیری و شبیه سازی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت ذره ای Al6061-Al2O3 است. نانو کامپوزیت ذره ای تولید شده حاوی 0تا3 درصدحجمی از نانوذرات آلومیناست. از آن جایی که استحکام تسلیم و سختی در مواد نانوکامپوزیت به اندازه ی دانه های آنها 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 آنها برای یش بینی زفتار آلومینیوم نانو ساختار استفاده می شود. شبیه سازی رفتار مکانیکی در آلومینیوم نانو ساختار 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 نانو کامپوزیتهای ذره ای است. نتایج عددی نشان دادند که استفاده از مدل سازی هایی به روش سلول واحد و سلول جاسازی شده برای مدل سازی نانوکامپوزیتها در کنار ساده بودن می تواند بسیار کارامد باشد.
  • احمدرضا قاسمی، محمد هادی حاج محمد صفحه 131
    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.
|
  • F. Nateghi Alahi, M. Yakhchalian Page 1
    Silos are structures used for storing different types of granular materials. Seismic behavior of reinforced concrete silos is very complex due to nonlinearity of reinforced concrete wall of silo and nonlinear behavior of granular material. In this paper, the effect of granular material-structure interaction is investigated for a reinforced concrete silo by using ABAQUS finite element package. A hypoplastic constitutive model is used for modeling the granular material. After modeling the granular material-structure interaction under seismic excitation, the results obtained are compared with those of models without granular material-structure interaction.
    Keywords: Reinforced Concrete Silo, Seismic Behavior, Finite Element Method, Concrete Damaged Plasticity Model, Hypoplasticity, Granular Material, Structure Interaction
  • M. Saghafian, S.M. Modareszaheh, M.H. Esteki Page 19
    Hot–dip galvanizing process is simulated numerically. Over-thickness near the strip edge called edge over-coating in continuous hot-dip galvanizing process is a universal problem. Numerical results of using a cylindrical device installed at jet exit are presented to prevent over-thickness near the strip edges. This device prevents jets from colliding with each other in the region outside the strip and reduces flow oscillations. In addition to numerical investigation, cylindrical device is tested experimentally in Mobarakeh Steel Complex. Numerical and experimental results show that the installed device is very effective in reducing over-thickness near the strip edge, but cannot completely solve the problem.
    Keywords: Galvanizing, Jet wiping, Edge over, thickness, cylindrical device
  • A. Mortezaei, S.M. Zahrai Page 39
    In a strong earthquake, a standard reinforced concrete column may develop plastic deformations in regions often termed as plastic hinge regions. A plastic hinge is basically a damping device that dissipates energy through the plastic rotation of a rigid column connection, thus triggering the redistribution of bending moments. The formation of a plastic hinge in an RC column in the regions that experience inelastic actions depends on the characteristics of the earthquakes as well as the column details. In this paper, 462 inelastic time-history analyses have been performed to predict the nonlinear behavior of RC columns under the ground motions. The effects of axial load, height-to-depth ratio and amount of longitudinal reinforcement, as well as different characteristics of earthquakes are evaluated analytically by finite element methods and the results are compared with the corresponding experimental data. Analytical models for the columns analysed under high axial loads exhibit longer plastic hinges than those analysed under low axial loads. Based on the results, a simple expression is proposed to estimate plastic hinge length of RC columns subjected to earthquakes.
    Keywords: Plastic hinge length, nonlinear behavior, dynamic analysis, RC columns
  • A.H. Akhaveissy, M. Rabiei Ghahfarokhi, M. Zahrai Page 61
    In this research, a simple and efficient algorithm is presented to accomplish nonlinear analysis for reinforced concrete (RC) beams using fibre method concepts. Nonlinear matrix analysis method based on the assessment of stresses with failure surface is utilized. In modelling the members, macro elements are used. Failure surfaces are established on different behaviors in compression and tension for concrete and elastic-perfect-plastic behavior for steel bars. To verify the accuracy of this algorithm, the experimental and ANSYS results are compared with those obtained by the proposed algorithm. Remarkable compatibility with diversity less than 6%, in the most critical situation, is gained between numerical predictions and experimental datas, demonstrating the reliability of the proposed alghorithm.
    Keywords: Nonlinear Analysis, RC Beam, Macro Modelling, Failure Surface, Interaction Curve, oment, Curvature Diagram
  • Z. Ghadampour, M.R. Hashemi, N. Taleb Beydokhti, A. Hossein Nikseresht Page 79

    Modeling free surface flow is a challenging problem in hydraulic research. The objective of this research is to compare those methods for simulation of flow around hydraulic structures. Accordingly, Incompressible SPH (ISPH) methods, with two different projection methods to enforce incompressibility, are utilized to model flow under a gate and then compared to each other from mathematical and numerical viewpoints. Moreover, the effect of pressure term approximation on conservation equation of mass and momentum with two different relations is investigated by error index. For verification of ISPH results, VOF method is applied to similar gate problem. Results show that two methods of enforcing incompressibility are numerically and mathematically equivalent if proper approximation terms are used in SPH method. Furthermore, VOF and ISPH results are in excellent agreement. Besides, two pressure terms obey similar chaotic error trend for inner and all particles (inner plus free surface).

    Keywords: Smoothed Particle Hydrodynamic, Incompressible smoothed particle hydrodynamic (ISPH), Projection method, Gate
  • G. A. Sheikhzadeh, M. Dastmalchi Page 99
    In this numerical study, flow field, heat transfer and nanoparticles transport in Al2O3-water nanofluid natural convection in a square cavity are investigated. The governing equations are discretized using the control volume method.Transport mechanisms including Brownian diffusion and thermophoresis that cause heterogeneity are considered in nanoparticles transport model. It is shown that a better agreement with experimental results is achieved considering the transport model compared to the homogeneous model with equivalent properties. Transport mechanisms of nanoparticles affect buoyancy force and reduce heat transfer and cause formation of a small vortex near the top and bottom walls of the cavity.
    Keywords: Numerical Study, Transport model, Thermophoresis, Brownian diffusion, Natural convection
  • S. Adibi, S. Ziaei, Rad, F. Karimzadeh Page 115
    In this paper, a technique for fabrication of nanocomposite Al6061-Al2O3 is presented. Next, the mechanical propertiess of the nanocomposite are obtained by experimental and simulation techniques. The volume of alumina is 0-3% in nanocomposite. Since the yield and hardness of nanocomposite are grain dependence, the Hall Petch relation is used. Different unit cell methods are utilized to simulate the stress-strain diagram of the nanostructured aluminium and nanocomposite Al6061- Al2O3 in simple tension test. To do the modeling, a unit load is applied on the unit cell and the stress and strain in all nodes are homogenized to derive the stress-strain curve of the whole cell. A good degree of correlation is observed between experimental and predicted data. The results also indicate that the use of unit cell and embedded unit cell for modeling nanocomposites is both simple and powerful.
    Keywords: Nanocomposite, Alumina particles, Finite Element Method, Hall, Petch Effect, Simple Tenson Test
  • A. R. Ghasemi, M. Hajmohammad Page 131
    In this research, layup sequence of composite laminates was optimized by using the response surface method and Genetic Algorithms (GA) in order to increase their buckling capacity. In order to define the buckling function of composite cylinder by using response surface method, several finite element models were run, and by using least square method, two functions, namely, first and second order polynomial functions were obtained. A genetic algorithm was employed to optimize buckling capacity of the composite cylinder by changing layup sequence of the laminates. Finally, after optimization by GA, MATLAB software was employed to obtain buckling capacity of the optimum layup. In addition, in order to confirm the accuracy of the developed optimization method in this research, buckling capacity of a rectangular composite plate was obtained by the present method and was compared with the results of the other researchers.
    Keywords: Stacking sequence, Response surface, Genetic algorithms, Buckling load