دکتر فرزاد شهابیان مقدم
-
در این پژوهش از روش بدون شبکه پتروف-گلرکین محلی احتمال اندیشانه برای تحلیل دینامیکی سازه های استوانه ای چندلایه ساخته شده از مواد متخلخل کاملا اشباع با درنظرگرفتن عدم قطعیت در خواص مکانیکی استفاده شده است. فرض شده است که سازه استوانه ای چندلایه متخلخل تحت بار ضربه ای باشد. برای تقریب تابع های میدان در روش بدون شبکه، از توابع پایه شعاعی استفاده شده است. از شبیه سازی مونت کارلو برای تحلیل احتمال اندیشانه با درنظرگرفتن عدم قطعیت در خواص مکانیکی استفاده شده است. متغیرهای تصادفی مختلف با تابع های چگالی احتمال نرمال، لگ نرمال و یکنواخت با ضرایب پراکندگی مختلف، شبیه سازی می شوند. در نظر گرفتن اثر میرایی در مدل سازی تحلیل های دینامیکی امری اجتناب ناپذیر است. از این رو در ادامه پژوهش، تاثیر میرایی در مقدار تغییرمکان و تنش ایجادشده در سازه های متخلخل چندلایه مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل احتمالاتی با نتایج حاصل از تحلیل با درنظرگرفتن خصوصیات مکانیکی قطعی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که عدم قطعیت در خصوصیات مکانیکی تاثیر مهمی بر پاسخ های سازه ای به ویژه برای مقادیر بزرگ ضریب پراکندگی دارد.کلید واژگان: تحلیل دینامیکی احتمال اندیشانه, سازه های استوانه ای چندلایه, مواد متخلخل اشباع, روش بدون شبکه پروف-گلرکین محلیThe stochastic meshless local Petrov–Galerkin method is employed for dynamic analysis of multilayer cylinders made of fully saturated porous materials considering uncertainties in the constitutive mechanical properties. The multilayer porous cylinder is assumed to be under shock loading. To approximate the trial functions in the radial point interpolation method (RPIM), the radial basis functions (RBFs) are utilized. The Monte Carlo simulation is used to generate the random fields for mechanical properties. The results are obtained for various random variables, which are simulated by uniform, normal and lognormal probability density functions with various coefficients of variation (COV), changing from 0 to 20%. The obtained results from the presented stochastic analysis are compared to those obtained from the analysis considering deterministic mechanical properties. The results show that the uncertainty in mechanical properties has a significant effect on the structural responses, especially for big values of COVs.Keywords: Stochastic Dynamic Analysis, Multilayer Cylindrical Structures, Saturated Porous Materials, Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) Method
-
شناخت رفتار تغییرشکل های بزرگ پوسته های استوانه ای مرکب چندلایه (MLC) با هسته ی مواد هدفمند (FGM) که دارای ضخامت کم هستند در برابر بارهای ضربه ای، مهم می باشد. در این پژوهش به بررسی تاثیر تغییرات پارامترهای اثرگذار (شاخص توان حجمی مواد هدفمند، نحوه قرارگیری لایه ها و تعداد لایه های مواد مرکب) بر روی پاسخ دینامیکی پوسته ی مورد نظر تحت بار ضربه پرداخته می شود. تحلیل های دینامیکی غیرخطی هندسی پوسته ی استوانه ای به روش المان محدود توسط مدلسازی در نرم افزار آباکوس انجام شده است و اثر شاخص توان حجمی هسته ی FGM و پارامترهای اثرگذار مواد مرکب چندلایه همچون نوع لایه ها شامل پلیمر تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) و پلیمر تقویت شده با الیاف کربن (CFRP)، زوایه ی قرارگیری لایه ها و تعداد لایه ها مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که با افزایش شاخص توان حجمی، مقدار تغییر مکان پوسته کاهش می یابد. به طوری که بیشینه ی تغییرمکان در پوسته ی CFRP/FGM/CFRP با هسته ی تمام فلزی و کمینه ی تغییرمکان در پوسته ی GFRP/FGM/GFRP با هسته ی تمام سرامیکی اتفاق می افتد. بررسی حالت های مختلف قرارگیری لایه ها نشان می دهد که انتخاب زوایه ی قرارگیری 15 درجه، موجب وقوع تغییرمکان کمتری می گردد و همچنین با افزایش تعداد لایه ها، کاهش تغییرمکان مشاهده می شود.کلید واژگان: مواد مرکب چندلایه, مواد هدفمند, پوسته ی استوانه ای, تحلیل دینامیکی غیرخطی هندسی, بار ضربهIn recent decades, shells made of composite materials have been used in modern structures under impact load. Multi-Layer Composites (MLC) and Functionally Graded Materials (FGMs) are the upgrades of composites that have been considered due to their suitable mechanical properties such as high resistance to weight ratio, flexibility and impact resistance. In this research, geometric nonlinear dynamic behavior on multilayer composite cylindrical shells with FGM core under impact load has been analyzed; Because it is necessary to know how structures made of these materials behave under such loads. For this purpose, the effect of FGM core volume fraction index and the effective parameters of multi-layer composites such as the angles of the layers and the number of layers have been investigated. The results of this study show that by increasing the volume fraction index, the maximum displacement of the shell decreases. The maximum displacement occurs in the CFC (CFRP/FGM/CFRP) shell with pure metal FGM and the minimum displacement occurs in the GFG shell with pure ceramic FGM. Evaluation of the different positions of the layers shows that selecting a 15-degree positioning angle causes less displacement and also decreases the displacement as the number of layers increases.Keywords: Multi-Layer Composites (MLC), Functionally graded material (FGM), Cylindrical Shell, Geometric nonlinear dynamic analysis, Impact Load
-
Statistical pattern recognition has recently emerged as promising and effective set of complementary methods in structural health monitoring to assess the global state of structures. The aim of this paper is to detect nonlinearity changes resulting from damage by some efficient signal analysis methods. The primary idea behind these methods is to use raw measured vibration time-domain data without applying any feature extraction technique associated with the statistical pattern recognition paradigm. Firstly, statistical moments and central tendency measurements are applied as damage indicators to determine their changes due to damage occurrence. Subsequently, cross correlation and convolution methods are used to measure the similarity between the vibration time-domain signals in the undamaged and damaged conditions. The main innovation of this study is the capability of proposed signal analysis methods for implementing the nonlinear damage identification without extracting damage-sensitive features. In the following, numerical and experimental benchmark models are employed to demonstrate the performance of proposed methods. Results show that nonlinearity changes lead to a reduction in the values of cross correlation and convolution methods caused by damage. Moreover, some of the statistical criteria on the basis of the exploratory data analysis are applicable tools for the global structural health monitoring.Keywords: structural health monitoring, nonlinearity detection, exploratory data analysis, signal analysis, Cross correlation, convolution
-
The basic idea of vibration-based damage identification approaches is that damage causes change in vibration response of structure. So monitoring the vibration response characteristics can be helpful in damage detection. The main limitation in such methods is that these characteristics are also affected by the Environmental and Operational Variability (EOV) that can be incorrectly known as structural damage or sometimes cover actual damages. This paper aims to propose an innovative approach to detect and locate damage considering the EOV conditions. In this regard, an Independent Component Analysis (ICA) based Blind Source Separation (BSS) approach is employed to remove the EOV influences from the time history response of the structure. The beneficial of using the ICA-based BSS method is that there is no need to measure the environmental/operational conditions. Moreover, it is able to remove EOV influences using a limited group of response data monitored during different environmental and operational conditions. Time series analysis is then performed to extract damage-sensitive features. Finally, a statistical tool is employed to damage identification and localization by using EOV independent features. Two recognized benchmark structures are employed for verifying the accuracy of the proposed approach. Results indicate that the proposed method is a time-saving tool and efficiently successful in damage assessment of structures under EOV.Keywords: Bhattacharyya measure, blind source separation, Damage Detection, environmental, operational variability, Time Series Analysis
-
Because uncertainty is inherent in engineering structures, it is essential to improve the procedures of structural control. The present study focuses on applying a probabilistic fuzzy logic system (PFLS) in active tendons for the covariance response control of buildings. In contrast to an ordinary fuzzy logic system, PFLS integrates the probabilistic theory into a fuzzy logic system that can handle the linguistic and stochastic uncertainties existing in the process. To investigate the proficiency of the proposed controller, a single degree of freedom (SDOF) system and a three-story multiple degree of freedom (MDOF) system with different arrangements of tendons on the floors are considered. The structures are subjected to a random dynamic load modeled using Gaussian white noise, and the modeling parameters such as damping, stiffness, and mass are considered to be random Gaussian samples with a dispersion coefficient of 10%. The results of the proposed intelligent control scheme are compared with those of an uncontrolled structural model and a linear quadratic regulator (LQR) controller model. The numerical results reveal that the probabilistic fuzzy logic controller (PFLC) is more efficient than the LQR controller in decreasing the structural covariance responses. Moreover, the maximum and minimum reductions in displacement responses for the MDOF structures are, respectively, about 36% and 12.5%compared to the LQR controller. It is also showed that the PFLC is more accurate because it includes stochastic uncertainty.Keywords: Probabilistic fuzzy logic system, Linear quadratic regulator, Covariance response matrix, Probabilistic active control, Probabilistic fuzzy logic controller
-
Experimental observations reveal that the classical continuum theory cannot accurately describe the mechanical behavior of micro/nanoscale structures. In fact, the size-effect will arise when the order of structure dimensions is the same as the material characteristic length. The current work presents free vibration and stability of axially functionally graded (AFG) tapered micro-beams with random properties. The size-dependent behavior of the micro-structure is modeled by the modified couple stress theory. The mathematical formulations are developed based on the Euler-Bernoulli beam model and von Kármán geometric nonlinearity. The minimum total potential energy principle is employed to obtain governing differential equations and the corresponding boundary conditions. The governing equations are solved by the Galerkin method. Due to the complexity of the fabrication process of FGMs, their mechanical and structural properties may vary from sample to sample significantly. Hence, achieving the desired FGMs specification is almost impossible and they are not deterministic, inherently. To incorporate uncertainties in the mathematical model of this study, a First-Order Second-Moment (FOSM) technique is applied to estimate the reliability index of the micro-structure, stochastically. Finally, numerical examples are presented for both deterministic and reliability analysis to show the effects of geometry, length scale parameter, material distribution, and axial load on the natural frequency of vibration and the reliability index of the AFG tapered micro-beam. It can be concluded that by increasing the coefficient of variation (COV) of random variables, the reliability index will decrease. Indeed, by enhancing the length scale parameter, a higher natural frequency of vibration is expected.Keywords: Axially Functionally Graded, Micro-Beam, Size-Dependent Behavior, Modified Couple Stress Theory, First-Order Second-Moment Technique, Reliability Index
-
The idea of using a meshless method for geometrically nonlinear problems due to its advantage of eliminating mesh distortion has been attracted many researchers. In this paper, the nonlinear wave propagation analysis in two-dimensional functionally graded (2D FG) thick hollow cylinders is studied using the meshless method. For this purpose, the meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method is developed for geometrically nonlinear dynamic analysis based on the total Lagrangian approach. The radial point interpolation, which possesses the delta function property, is used to construct the shape functions. Since the cylinder is assumed to have large deformations, the neo-Hookean hyperelastic model is employed for constitutive modeling of material. The incremental-iterative Newmark/Newton-Raphson technique is applied to iteratively solve the nonlinear equations of motion. The 2D FG cylinder is analyzed under uniform and non-uniform mechanical shock loading. The mechanical properties of the cylinder are assumed to vary nonlinearly through the radial and longitudinal directions which are simulated using two-dimensional volume fractions. Rayleigh damping is utilized to model energy dissipation in analyses. Numerical examples demonstrate the applicability and accuracy of the present approach in tracking the nonlinear wave propagation in two-dimensional FG thick hollow cylinders. The effects of grading patterns on the time history and wave propagation are discussed in detail.Keywords: Two-Dimensional Wave Propagation, Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) Method, Geometrically Nonlinear Problems, Two-Dimensional Functionally Graded Materials, Neo-Hookean Constitutive Model
-
Although the finite element method (FEM) is a well-established method for modelling the thick plates, in some cases FEM encounters some difficulties such as shear locking and decrease in the accuracy of results caused by stress concentration around the openings. In this paper for the first time, the EFG method based on the higher-order shear deformation theories is developed for analysis of thick plates with cutout to overcome these drawbacks. It should be mentioned that the EFG method does not need any mesh generation in problem domain and its boundaries. The Radial Point Interpolation method (RPIM) is used to discrete the problem domain. Several numerical examples are analyzed using proposed method and effects of aspect ratios, boundary conditions and location of cutout are discussed in details. Results show that by choosing the appropriate shape functions for the deflection and rotations, the presented EFG method has successfully overcome the shear-locking problem. Based on numerical results, the best position of circular cutout, which minimizes the maximum deflection is determined. The approximate equations for determination of maximum deflection are presented using the cubic polynomial method. Numerical implementations show that the presented method has high efficiency, good accuracy and easy implementation.
Keywords: EFG methodThick plateCutoutShear lockingHigher-order shear deformation theories -
بتن پودری (RPC) از جمله بتن های فوق توانمند (UHPC) با ویژگی های فیزیکی و مکانیکی برتر است.RPC با بهره گیری از سیمان و مصالح پودری بسیار ریز دانه شامل ماسه کوارتزی، میکروسیلیس، مقادیر کم نسبت آب به سیمان و استفاده از فوق روان کننده تولید می-شود. نتایج آزمایش های انجام شده به منظور استخراج طرح اختلاط بهینه برای بتن پودری نشان می دهد که نسبت آب به مصالح پودری (W/B) که متناظر با حداکثر مقاومت فشاری است برابر با 15/0 بوده که مربوط به طرح اختلاط با نسبت فوق روان کننده به سیمان (SP/C) برابر با 3 درصد است. دیر زمانی است که ایده اضافه کردن الیاف به انواع مختلف بتن به منظور بهبود ویژگی های فیزیکی و مکانیکی آن مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش تاثیر افزودن الیاف فولادی بر مقاومت فشاری و کششی RPC با انجام آزمایش هایی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از آزمایش بیانگر آن است که میانگین مقاومت فشاری نمونه های با 1، 2 و 3 درصد حجمی از الیاف، به ترتیب افزایشی در حدود 6، 20 و 5 درصد نسبت به نمونه های بدون الیاف را نشان می دهد. این افزایش در مقاومت کششی به ترتیب مشابه برابر 46، 73 و 66 درصد می باشد.
کلید واژگان: بتن پودری, بتن فوق توانمند, مقاومت فشاری, مقاومت کششی, الیاف فولادیReactive powder concrete (RPC) is one of the ultra high performance concrete ( UHPC ) with superior physical and mechanical properties . Reactive powder concrete is produced using cement and very fine powdered materials including crushed quartz , silica fume and low water to cement ratio using super plasticizer . In this study , an optimum mixing ratio of RPC has been used , in which water / binder ratio ( W / B ) was equal to 0.15 and the ratio of super plasticizer to cement ( SP / C ), was equal to 3 % . For a long time , the idea of adding fibers to various types of concrete has been considered to improve its physical and mechanical properties . In this research , by performing several experiments, the influence of adding steel fibers on the compressive and tensile strength of RPC has been investigated . The results show that the average compressive strength of samples with 1 , 2 and 3 percent volumetric fibers increases about 6 , 20 and 5 percent , respectively , compared to non - fibrous specimens. This increase in tensile strength is 46 , 73 and 66 percent , respectively for the same amounts of steel fibers .
Keywords: Reactive powder Concrete, ultra high performance concrete, Compressive strength, tensile strength, Steel Fibers -
Functionally graded materials (FGM) are some kind of composite materials that due to the continuity of mixture of constituent materials, have more effective mechanical properties than composites which leads to eliminating interlayer stress concentration. The most application of these materials is in thin structures such as plates and shells. This research presents a Tamura-Tomota-Ozawa based model to obtain the elastoplastic behavior of Functionality graded materials under impact loads. Also, based on this model, the ceramic phase of FGM was considered as an isotropic elastic material and the metal phase was considered as an elastoplastic material.Several parametric studies have been conducted to assess different aspects of such material behavior. The results show thatthe maximum displacement of the shell has increased by increasing the volume fraction index and the thickness ratio, and it has decreased by increasing the aspect ratio. It was also observed that the thickness ratio(32%), volume fraction index(30%), aspect ratios(23%) and shell curvature (16%) parameters affect the maximum displacement of the shell. The elasto-plastic response of FGM shells is similar to homogeneous shells and the TTO model can describe the mechanical behavior of FGM shells beyond the elastic range where the FGM response is mainly governed by the plastic region of the metal phase.
Keywords: Functionally Graded Material, Single Curved Shells, Elasto-Plastic Behavior, Nonlinear Dynamics, Impact Loading -
کاربرد روش های تشخیص آماری الگو [1]در پایش سلامت سازه به منظور یافتن تغییرات در سازه توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این زمینه، رویکردهای متفاوتی توسط محققان به کار گرفته می شود و موفقیت یک روش بستگی به سازه یا تغییرات بوجود آمده در سازه دارد. یکی از مسایلی که در اعمال روش های تشخیص آماری الگو کمتر مورد توجه قرار گرفته است، متغیر بودن شرایط محیطی و کاربری در هنگام ثبت داده ها در کاربردهای عملی است. هدف از این مقاله معرفی کاربرد جدیدی از روش کاهش تصادفی [2] (RD) در تشخیص خرابی به منظور ارتقای نتایج حاصل از تحلیل سری زمانی است. روش RD از طریق میانگین گیری داده های سری زمانی در بازه های زمانی مشخص، سری زمانی پاسخ سازه را به پاسخ ارتعاش آزاد کاهشی سازه [3] که تنها شامل اطلاعاتی درباره ویژگی های دینامیکی سازه است، تبدیل می کند. از مدل اتورگرسیو- اتورگرسیو با ورودی خارجی [4] (AR-ARX) برای برازش یک مدل ریاضی به داده های سری زمانی پاسخ ارتعاش آزاد کاهشی سازه استفاده شده است. پس از محاسبه خطای باقی مانده مدل، معیار جدیدی به نام معیار باتاچاریا [5] برای تعیین وجود خرابی و مکان آن به کار گرفته شده است. . با استفاده از داده های حاصل از دو نمونه شاخص در حوزه پایش سلامت سازه به اعتبارسنجی روش ارایه شده پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از روش RD به علت میانگین گیری و نرمال سازی داده ها می تواند تاثیر تغییرات شرایط محیطی و کاربری را کاهش دهد و وضعیت سازه را به درستی تعیین کند. همچنین استفاده از معیار باتاچاریا می تواند نتایج پایش سلامت سازه را در تشخیص وجود خرابی و تعیین مکان آن بهبود بخشد.
کلید واژگان: تشخیص خرابی, تشخیص آماری الگو, روش کاهش تصادفی, معیار باتاچاریا, شرایط محیطی و کاربری متغیرDamage detection is a necessary part for structural health monitoring (SHM), being beneficial to SHM and determining the severity of damage. Application of statistical pattern recognition methods for SHM has gained considerable attention to detect changes in a structure. One of the advantages of these methods is that only data from undamaged state is needed in training phase (unsupervised learning) as opposed to supervised learning where data from both undamaged and damaged conditions is required to train the model. There are different approaches used by researchers and the success of a certain one may depend on the type of structure or structural changes. Most of studies focused on the application of statistical pattern recognition methodologies for SHM utilize the time series analyses for extracting damage-sensitive features. These features are statistical properties of time series models that directly depend on damage. Extracting damage-sensitive features is a fundamental step in damage detection process because pattern recognition algorithms can identify the state of structure unless these features are just dependent on damage. The change in an environmental and operational condition during the data acquisition process is one of the problems that causes damage features to be depended on factors besides existence of damage. This can lead to incorrect structural state identification. On the other hand, after extracting damage-sensitive features, the application of a statistical novelty detection methodology for decision making on structural state is a significant topic in SHM. This paper proposes a new application of random decrement (RD) technique in order to choose appropriate and accurate damage features which are independent from environmental and operational conditions of structure. The RD technique transforms time series data of the structural response to free decay vibration form that only consist of dynamic properties information by averaging them at specific time. Moreover, a novel statistical method named as Bhattacharyya measure is applied as a robust method for damage diagnosis. The Bhattacharyya measure determines the discrepancy between damage features from different structural states through partitioning data and utilizing numerical information of each partition. Herein, before extracting damage features, time series data are averaged through RD technique. Then the Autoregressive-Autoregressive with exogenous output model (AR-ARX) is used to fit a mathematical model to the averaged time series data and the residuals are considered as damage features. The Bhattacharyya measure is utilized for damage identification and localization. The data obtained from an experimental study on a three-story frame structure model are exploited to validate the accuracy and reliability of the proposed algorithm. Random excitation is applied by varying amplitude level of the input force, simulating various environmental and operational conditions. Damage is induced at two different locations. The proposed algorithm is conducted on data from various environmental and operational conditions at two different locations. A comparative study is also carried out to demonstrate the superiority of the proposed algorithm over some exiting techniques. Results show that the application of random decrement technique reduces the influence of operational and environmental condition due to averaging and normalizing data and correctly determines the state of structure. In addition, using Bhattacharyya measure improves the structural health monitoring results in damage identification and localization.
Keywords: Damage detection, Statistical pattern recognition, Bhattacharyya measure, Random decrement technique, Environmental, operational variability -
مواد هدفمند (FGM) گونه ای از مواد مرکب هستند که به واسطه ی پیوستگی ترکیب مواد تشکیل دهنده به صورت هدفمند، خواص مکانیکی موثر تری نسبت به مواد مرکب چند لایه دارا می باشند. بیش ترین کاربرد این مواد در سازه های جدار نازک نظیر صفحه ها و پوسته ها می باشد. همچنین به دلیل بعضی مسایل اجرایی، ایجاد بازشو و سخت کننده در ورق ها ضرورت می یابد لذا در این مقاله به بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر روی ارتعاشات آزاد صفحه های هدفمند دارای بازشو و سخت کننده پرداخته شده است. برای این کار، با استفاده از نرم افزار آباکوس در ابتدا، اثر پارامترهای مهم نظیر شاخص توان حجمی، ابعاد هندسی و شرایط تکیه گاهی صفحه مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که ضخامت و شاخص توان حجمی به ترتیب دارای بیش ترین و کم ترین میزان تاثیر بر روی فرکانس های طبیعی هر یک از مدهای صفحه ی FGM می باشند و با افزایش شرایط تکیه گاهی ساده در لبه های صفحه (کاهش گیرداری تکیه گاهی) مقدار فرکانس های طبیعی صفحه کاهش یافته است. در ادامه، تاثیر بازشو و سخت کننده بر روی فرکانس های طبیعی صفحه صورت گرفته است که ملاحظه شد بازشوی دایره ای تاثیر بیش تری بر روی فرکانس طبیعی صفحه نسبت به بازشوی مربعی دارد و همچنین، ضخامت سخت کننده نسبت به ارتفاع آن دارای اثر بیش تری بر روی فرکانس طبیعی صفحه ی FGM می باشد.
کلید واژگان: صفحه ی FGM, شاخص توان حجمی, ارتعاشات آزاد, بازشو, سخت کنندهFunctionally Graded Materials (FGMs) are kinds of composite materials that due to the continuity of mixture of constituent materials as Functionally Graded, have more effective mechanical properties. Also, due to some executive needs, make opening and stiffener in shells will be necessary. Therefore, In this paper, the effective parameters on the free vibrations of Functionally Graded plates with opening and stiffener have been studied. In order to do this, ABAQUS finite element software has been used, in the first, the effect of important parameters such as volume fraction index, geometric dimensions and plate support conditions have been analyzed. The results show that the thickness and volume fraction index have the highest and lowest effects, Respectively, on the natural frequencies of each of the FGM plate modes and with the increase of simple support conditions in the edges of the plate (the decrease of fixed conditions), the natural frequency of the plate decreases. In the following, the effect of opening and stiffener on the natural frequencies of the plate has been observed, that Circular opening has a greater effect on the natural frequency of the plate than the square opening, and also the stiffener thickness has a greater effect on The natural frequency of the FGM plate than its height.
Keywords: FGM Shells, Volume Fraction Index, Blast Loads, Opening, Stiffener -
در حال حاضر، انواع خاصی از بتن نظیر بتن فوق توانمند (UHPC) ، دست یابی به برخی از ویژگی های بتن از جمله مقاومت بالا را میسر می سازد. بتن پودری (RPC) از جمله بتن های فوق توانمند با ویژگی های فیزیکی و مکانیکی برتر است. بتن پودری با بهره گیری از سیمان و مصالح پودری بسیار ریزدانه شامل ماسه سیلیسی، میکرو سیلیس و مقادیر کم نسبت آب به سیمان با استفاده از فوق روان کننده تولید می گردد. در این پژوهش، ابتدا طرح اختلاط RPC که در آن نسبت آب به مواد پودری (W/B) برابر 15/0 و نسبت فوق روان کننده به سیمان (SP/C) برابر با 3 درصد می باشد، با بهره جویی از مصالح بومی و با استفاده از مطالعات قبلی انتخاب و تعیین گردید. در ادامه، با انجام آزمایش های متعدد، مقاومت فشاری، مدول گسیختگی و مقاومت کششی در سنین مختلف اندازه گیری گردید. به منظور تعیین مقاومت RPC در سنین مختلف، نمونه هایی با W/B و SP/C برابر با طرح اختلاط ساخته شد و پس از عمل آوری معمولی در سنین 3، 7، 14، 28 و 56 روزه مورد آزمایش قرار گرفت. هر گروه شامل شش نمونه بود و مقدار میانگین، انحراف معیار و ضریب پراکندگی نمونه ها تعیین شد. در این مقاله، با استفاده از نتایج آزمایش های انجام شده، رابطه هایی برای تعیین مقاومت فشاری و کششی بتن پودری در سنین مختلف پیشنهاد شده است که از دقت مناسبی برخوردار بوده و می تواند در عمل مورد استفاده قرار گیرد.
کلید واژگان: بتن پودری, بتن فوق توانمند, فوق روان کننده, مقاومت فشاری, مقاومت کششی, مدول گسیختگیAt present, certain types of concrete such as ultra high performance concrete (UHPC) provide some concrete properties such as high resistance. Reactive powder concrete (RPC) is one of the UHPC concrete with superior physical and mechanical properties. Reactive powder concrete is produced using cement and very fine powdered materials including crushed quartz, silica fume and low water-to-cement ratio using super plasticizer. In this study, a mixing scheme of RPC, in which water/binder ratio (W/B) is equal to 0.15 and the ratio of super plasticizer to cement (SP/C), is equal to 3%, with interest of the selection of native materials was determined. Subsequently, by performing several experiments, the compressive strength, rupture modulus and tensile strength of RPC have been investigated at different ages. In order to determine the resistance of RPC at different ages, samples with W/B and SP/C were made up to the mixing scheme and tested after 3, 7, 14, 28 and 56 days of normal operation. Each group consisted of six samples, and the mean values, standard deviation and coefficients of variations of the samples were determined. The relationships have been proposed to predict the compressive and tensile strength of reactive powder concrete in different ages, which are accurate and can be used in practice.
Keywords: Reactive powder Concrete, ultra high performance concrete, Compressive strength, tensile strength, Super Plasticizer -
کاربرد زیاد مواد متخلخل در بسیاری از شاخه های مهندسی سبب شده است که پژوهشگران مطالعاتی در زمینه ی تحلیل استاتیکی و دینامیکی در سازه ها و محیط های متخلخل انجام دهند. تحلیل سازه های مذکور به سبب پیچیدگی معادله های دیفرانسیل حاکم بر آن ها به روش های عددی امکان پذیر است. یکی از روش های عددی نوین که در دهه ی اخیر به آن توجه شده است، روش بدون شبکه است. نوع تابع شکل انتخابی از ویژگی های تاثیرگذار در نتایج در روش بدون شبکه است. از این رو، انواع توابع شکل بر روی ستونی از ساختارهای متخلخل بررسی و تابع شکل مناسب برای تحلیل انتخاب شده است. درنظر گرفتن اثر میرایی در مدل سازی تحلیل های دینامیکی، امری اجتناب ناپذیر است. از این رو به مدل سازی تاثیر میرایی در قسمت جامد در رفتار جابه جایی و تنش ایجاد شده در سازه های متخلخل اشاره شده است. مطابق نتایج به دست آمده، در نسبت میرایی های متداول برای قسمت جامد مواد متخلخل، با افزایش نسبت میرایی ذکر شده، دامنه ی ارتعاش جابه جایی و تنش کاهش می یابد و مشخص می شود که زمان تناوب ارتعاش رفتار دینامیکی مواد متخلخل، مستقل از نسبت میرایی قسمت جامد است.
کلید واژگان: تابع شکل شعاعی, مواد متخلخل, میرایی رایلی, روش بدون شبکه, بارهای دینامیکیPorous materials are widely applied in different engineering fields such as chemical engineering, materials engineering, environmental geomechanics, biomechanics, soil structure interaction and geomechanics. For this reason, dynamic and static analysis of the stress and strain of structures and continuum made of these materials have attracted the attention of researchers. To analyze these structures, numerical methods are required due to the fact that the governing equations are complicated. The meshless method was well implied for many structural problems in recent decades. In this method, the scattered nodes with regular or irregular distributions are used to discretize the field functions in local sub-domains. Because of using the nodes rather than the elements, the application of meshless method in some problems yields to more accurate results. To interpolate the fields' variables in terms of its nodal values, the radial point interpolation method (RPIM) with radial basis function (RBF) is used. The radial point interpolation method (RPIM) is employed to construct the shape functions. Because of the fact the interpolation function type affects the results of meshless approach, various interpolation functions are investigated. Then, the most proper one is selected for analyzing the porous material structure. To verify the presented method, the result of cylinders made of saturated porous materials using MLPG method under dynamic loading is compared to the analytical results. A good agreement between the presented method and analytical result is achieved. It is worthwhile to mention that damping should be included in dynamic analysis. Hence, the modeling of damping effect on the behavior of porous material is conducted. According to the obtained results, for the usual damping ratios of the porous materials, increasing the damping ratio leads to reduction in the displacement amplitude and stress. Also, it is observed that the period of the porous material are independent from its damping ratio.
Keywords: Radial Basis Functions, Porous Materials, Rayleigh Damping, MLPG Method, Dynamic Loads -
مواد هدفمند (FGM) گونه ای از مواد مرکب هستند که به واسطه ی پیوستگی ترکیب مواد تشکیل دهنده، خواص مکانیکی موثر تری نسبت به مواد مرکب چند لایه دارا می باشند که این مهم، منجر به از بین رفتن تمرکز تنش بین لایه ای می شود. بیش ترین کاربرد این مواد در سازه های جدار نازک نظیر صفحه ها و پوسته ها می باشد. یکی از موثرترین عوامل تغییر رفتار این گونه سازه ها به ویژه پوسته های تک انحنایی، بارهای حرارتی و ضربه ای ناشی از انفجار می باشد که این چالش سبب رفتار دینامیکی غیرخطی آن ها می گردد. همچنین به دلیل بعضی مسایل اجرایی، ایجاد بازشو در پوسته ها و تغییر رفتار آن ها در برابر بارهای انفجاری مسئله ای مهم و پیشنهاد برای حل آن ضرورت می یابد. از این رو، به منظور بهبود مقاومت و کاهش مقدار بیشینه ی تغییرمکان، بهره گیری از پوسته های هدفمند و استفاده از سخت کننده های مناسب، توصیه می گردد. در این پژوهش، با استفاده از نرم افزار Abaqus، به ارزیابی تاثیر انواع بازشو و سخت کننده بر روی رفتار دینامیکی پوسته های تک انحنایی FGM تحت بارهای انفجاری پرداخته شده است. برای این کار، اثر شاخص توان حجمی، اثر انواع بازشو و سخت کننده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که با افزایش شاخص توان حجمی مقدار بیشینه ی تغییر مکان پوسته کاهش پیدا کرده است. ایجاد بازشو در مرکز پوسته عملکرد بهتری در مقایسه با ایجاد بازشوی گسترده در سطح پوسته داشته است. با افزایش لنگر لختی سخت کننده های طولی و حلقوی مقدار بیشینه ی تغییرمکان کاهش یافته است. همچنین، با استفاده ی توام از بازشوی گسترده و سخت کننده های طولی می توان مقدار بیشینه ی تغییرمکان پوسته را تا حد زیادی کاهش داد.
کلید واژگان: پوسته ی FGM, شاخص توان حجمی, بار انفجاری, بازشو, سخت کنندهFunctionally Graded Materials (FGMs) are kinds of composite materials that due to the continuity of mixture of constituent materials, have more effective mechanical properties which leads to eliminate the interlayer stress concentration. The most common usage of such materials is in thin-wall structures, such as plates and shells. One of the most effective factors in behavior of such structures especially in single-curved shells, thermal loads or Impact loads is caused by explosion. Also, due to some executive needs, make opening in shells and their behavioral changes are important and suggesting solution will be necessary. Therefore, in order to prevent large displacement and resistance improvement, using shells made of FGM and suitable stiffeners, will be suggested. In this study, ABAQUS finite element software has been used to survey the Effect of opening and stiffener on geometric nonlinear dynamical behavior of single-curved FGM shells under the blast loads. In order to do this, the effect of volume fraction index, the effect of different openings and stiffeners has been studied. Results show that by increasing the volume fraction index, the maximum amount of displacement of the shell decreased. Making opening in the center of the shells, has better function in contrast with making opening distribution in the level of shells. By increasing moment of inertia of longitudinal and circular stiffeners, the maximum displacement has been decreased. Also, by utilizing opening distribution and longitudinal stiffeners, the maximum amount of displacement can be reduced.
Keywords: FGM Shells, Volume Fraction Index, Blast Loads, Opening, Stiffener -
FGMها یا مواد هدفمند گونه ای از مواد مرکب هستند که تغییرات تدریجی خواص مواد را از سطحی به سطح دیگر نشان می دهند. با توجه به پیوستگی ترکیب مواد تشکیل دهنده، مواد هدفمند خواص مکانیکی موثر تری نسبت به مواد مرکب چند لایه دارا می باشند که این منجر به از بین رفتن تمرکز تنش بین لایه ای می شود. بیش ترین کاربرد این مواد در سازه های جدار نازک نظیر صفحه ها و پوسته ها می باشد. صفحه ها به دلیل سطح گسترده و ضخامت کم، در برابر بار های انفجاری از یک سو دارای مقاومت کمی هستند و از سوی دیگر، تغییرمکان های زیادی پیدا می کنند. از این رو، بهره گیری از صفحه های هدفمند به دلیل ساختار مواد تشکیل دهنده ی آن ها که از یک توزیع توانی در راستای ضخامت برخوردار است، باعث بهبود مقاومت و کاهش تغییر مکان خواهد شد. در این پژوهش، با استفاده از نرم افزار اجزای محدود Abaqus، به بررسی پاسخ دینامیکی غیر خطی هندسی صفحه های هدفمند استاینلس استیل - سیلیکون نیترید تحت بار های انفجاری پرداخته شده است. برای این کار، اثر شاخص توان حجمی، نسبت ابعاد صفحه، ضخامت صفحه، مقدار ماده ی منفجره و فاصله ی آن و نیز اثر مقیاس رپلیکا همراه با مقیاس هوپکینسون مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده اند که با افزایش شاخص توان حجمی (از صفر تا بی نهایت)، افزایش فاصله ی مرکز انفجار تا صفحه (از 500 به 900 میلی متر) و افزایش ضخامت صفحه (از 6 به 18 میلی متر)، مقدار بیشینه ی تغییر مکان صفحه به ترتیب 29/1%، 43/64% و 87/74% کاهش پیدا کرده است. از سوی دیگر، با بزرگ تر شدن نسبت ابعاد صفحه (از 1 به 2) و افزایش مقدار ماده ی منفجره (از 5 به 25 گرم)، بیشینه ی تغییر مکان صفحه به ترتیب 1/06 و 3/09 برابر شده است. همچنین، مشاهده شد که تغییر خواص مواد در راستای ضخامت صفحه هیچ تاثیری بر روی مقیاس گذاری ندارد.کلید واژگان: مواد هدفمند, صفحه ی FGM, شاخص توان حجمی, پاسخ غیر خطی هندسی, بارگذاری انفجارFunctionally Graded Materials (FGMs) are kinds of composite materials which exhibit continuous variation of material properties from one surface to another. With regard to the continuity of mixture of constituent materials, FGMs have more effective mechanical properties compared to laminated composite materials, which leads to eliminate the interlayer stress concentration. The most common usage of such materials is in thin-wall structures, such as plates and shells. Plates due to their extensive surface and low thickness, not only have low resistance against the blast loads, but also experience large displacements. Hence, utilizing FGM plates because of their constituents materials which have a power distribution in the direction of thickness, will lead to resistance improvement and displacement reduction. In this research, ABAQUS finite element software has been used to study geometric nonlinear dynamic response of Stainless steel-Silicon nitride FGM plates against the blast loads. The effect of volume fraction index, plate aspect ratio, plate thickness, the amount of explosive material and its distance and also the effect of Replica scale with Hopkinson scale are investigated in this study. The results show that with rising in the volume fraction index (from zero to infinity), increasing in the distance of explosion center to the plate (from 500mm to 900mm) and plate thickness (from 6mm to 18mm), the maximum amount of displacement of the plate have decreased by %29/1, %43/64 and %87/74 respectively. On the other hand, by expansion of the plate dimensions ratio (from 1 to 2) and increasement in the amount of explosive material (from 5 to 25gr), the maximum displacement of the plate have increased by 1/06 and 3/09 respectively. Also, it has been observed that changes in materials properties along with plate thickness don’t have any effect on scaling.Keywords: functionally graded materials, FGM plate, Volume fraction index, Geometric nonlinear response, Blast loading
-
سیر صعودی خطرهای ناشی از بارهای انفجاری در صفحه های گسترده و کم ضخامت کنونی، مطالعات و ارزیابی پیرامون این چالش را ضروری ساخته است. حال آن که با فهم تغییرمکان زیاد سازه بر مبنای این بارها، راه کارهایی کاربردی و مقرون به صرفه نظیر تقویت صفحه ها با استفاده از سخت کننده توصیه می گردد. همچنین، معضلات اجرایی و احتمال ایجاد بازشو در صفحه ها و تغییر رفتار آن ها نیز مسئله ای مهم و پیشنهاد برای حل آن در این پژوهش ضرورت می یابد. صفحه های هدفمند ([1]FGM) که ساختاری متشکل از یک توزیع توانی در راستای ضخامت دارند، به مثابه راه حلی برای این معضل قلمداد شده است. از این روی، پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار آباکوس به سنجش پارامترهایی در صفحه های دارای بازشو از قبیل نوع، درصد و موقعیت قرارگیری بازشو و مقدار جرم ماده ی منفجره و در صفحه های دارای سخت کننده، نوع، تعداد و آرایش سخت کننده و شرایط مرزی و همچنین اثر توام بازشو و سخت کننده پرداخته است. نتایج پژوهش از سویی حاکی بر آن است که ایجاد بازشو باعث کاهش سختی صفحه و به دنبال آن افزایش مقدار تغییرمکان می شود؛ اما با افزایش درصد بازشو و کاهش سطح اعمال بار، تغییرمکان صفحه به طور پیوسته کاهش می یابد. از سوی دیگر، سخت کننده از نوع مستطیلی تک به دلیل بیش تر بودن لنگر لختی و اجرای آسان تر آن در مقایسه با سایرین، دارای عملکرد موثرتری می باشد. در بررسی اثر توام این عامل ها می توان دریافت که ایجاد بازشو و استفاده از سخت کننده ی مناسب، مقدار تغییرمکان صفحه را تا حد زیادی نسبت به انواع دیگر کاهش می دهد. [1] Functionally Graded Materialsکلید واژگان: صفحه ی FGM, بار انفجاری, بیشینه تغییرمکان, بازشو, سخت کنندهThe increasing risks resulted by blast loads in current broad and thin plates necessitate the studies and evaluation of these challenges. Practical and cost-effective solutions such as plates enforcement with stiffener are suggested due to high displacement of structure as a result of applied loads. Moreover, application issues and the possibility of developing opening in plates and thus their change of behavior are considered important issues, for which solutions are suggested in this study. Functionally graded plates (FGM) with a power distribution in the direction of thickness are suggested as a solution to this challenge. Accordingly, the present study assesses parameters related to plates with opening including kind, percentage and the position of opening, the mass amount of explosive material, and the parameters related to plates with stiffener including type, count, arrangement of stiffeners, boundary condition and also the joint effect of stiffener and opening using Abaqus Software. The results indicate that opening decreases the plate hardness which consequently increases the amount of displacement. Plate displacement constantly reduces as a result of increase in opening percentage and hence decrease in the surface on which load is applied. On the other hand, the rectangle shape of stiffener has a better performance due to higher moment of inertia and easier application compared to other shapes. By studying the joint effects of these factors, it can be suggested that developing opening and application of an appropriate stiffener can significantly reduce the amount of plate displacement compared to other types.Keywords: FGM Plate, Blast Load, Maximum Displacement, Opening, Stiffener
-
خسارت های سازه ای و به دنبال آن خسارت های مالی قابل توجهی که تا کنون در اثر وقوع زمین لرزه های مخرب به وجود آمده است، باعث شده تا محققان و آیین نامه ها به منظور طراحی لرزه ای سازه ها برای محدود کردن سطح خرابی آن ها به تدریج از رویکرد طراحی تجویزی به سمت طراحی بر اساس عملکرد حرکت کنند. تحلیل های شکنندگی لرزه ای یکی از مهمترین ابزارهای لازم در طراحی لرزه ای سازه ها بر اساس عملکرد به شمار می روند که منجر به تولید توابع و منحنی های شکنندگی می شوند. توابع شکنندگی ابزاری توانمند برای ارزیابی احتمالاتی آسیب پذیری لرزه ای سازه ها به شمار می روند. در این پژوهش با هدف ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای دیوارهای برشی فولادی موج دار و به منظور مقایسه ی آسیب پذیری لرزه ای آن ها با دیوارهای برشی فولادی ساده، توابع شکنندگی گسترش یافته و منحنی های شکنندگی تولید شده اند. در این خصوص، اثر زاویه ی موج نیز در نمونه های موج دار مورد بررسی قرار گرفته است. تولید این منحنی ها از طریق انجام تحلیل های دینامیکی افزایشی میسر شده است. به این منظور از تغییرمکان بین طبقه ای به عنوان شاخص خسارت و از بیشینه شتاب زمین به عنوان شاخص شدت تحریک استفاده گردیده است. بررسی منحنی های تولید شده نشان می دهد که در نمونه های موج دار در شدت های پایین لرزه ای با افزایش زاویه ی موج، احتمال خرابی کاهش می یابد. این در حالی است که در شدت های بالای لرزه ای با افزایش زاویه ی موج، احتمال خرابی افزایش یافته است. از سوی دیگر، نتایج بیان گر رفتار لرزه ای مناسب تر نمونه های موج دار نسبت به نمونه ی ساده در شدت های پایین لرزه ای است.کلید واژگان: منحنی شکنندگی, دیوار برشی فولادی, ورق ساده, ورق موج دار, تحلیل دینامیکی افزایشیStructural damages and subsequently considerable economic losses that ever made in catastrophic seismic events caused reaserchers and codes gradually move from prescriptive design to performance-based design. Seismic fragility analyses are one of the most important tools in performance-based seismic design of structures that lead to production of fragility curves and functions. Fragility function is a capable tool for probabilistic assessment of the seismic vulnerability of the structures. In this study, in order to assess seismic vulnerability of corrugated steel shear walls and compare their seismic vulnerability with simple steel shear walls, fragility functions have been developed and fragility curves have been constructed. In this regard, the effect of the corrugation angle has been studied in corrugated models. Construction of these curves has became feasible through conducting incremental dynamic analyses. For this purpose, inter-story drift and peak ground acceleration have been used as damage measure and ground motion intensity measure, respectively. Assessment of resulted curves show that in low seismic intensity, probability of damage in corrugated models is reduced by increasing the corrugation angle; while, in high seismic intensity, probability of damage in corrugated models has been increased by increasing the corrugation angle. On the other hand, results indicate that corrugated models have more appropriate seismic performance than simple model in low seismic intensity.Keywords: Fragility curve, Steel Shear Wall, Simple plate, Corrugated plate, Incremental Dynamic Analysis
-
In recent decades, analysis of structures considering variability of some parameters for more reliable design has attracted the attention of researchers. In this paper, the stochastic analysis of a cantilever deep beam made of large deformable neo-hookean material is carried out. For this purpose, the meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method is developed to obtain the geometrically non-linear equilibrium equations. The radial point interpolation method is used for generating the shape functions. The incremental iterative Newton-Raphson method with suitable load steps is used to solve the non-linear governing equations. The results of deterministic analysis obtained with proposed method are compared with the finite element results and good agreement is achieved. The initial elasticity modulus of neo-hookean material is considered to be uncertain variable. To generate random field of uncertain variable with normal, lognormal and uniform probability density functions (PDFs), the Monte Carlo Simulation (MCS) technique was employed. The sufficient number of simulations for convergence the results was determined experimentally. The effect of elasticity modulus, PDF and coefficients of variation (COV) on maximum vertical displacement, PDF and COV of results are studied in details. Comparing the stochastic and deterministic results shows that the uncertainty in mechanical properties has significant effect on results.Keywords: Stochastic Analysis, Large Deformation, Hyperelastic Material, Monte-Carlo Simulation, Meshless Local Pertove-Galerkin Method
-
همواره بررسی رفتار سازه های مختلف در برابر اثرات بارهای ناشی از انفجار یکی از عوامل مهم مورد بررسی می باشد. پانل های ساندویچی دارای کاربردهای وسیعی در انواع حوزه های مهندسی و ساخت برخی سازه های صنعتی و نظامی هستند. این پانل ها از دو ورق و یک سازه میانی به عنوان هسته پانل تشکیل شده اند. هسته پانل در کاهش تغییرشکل و افزایش توانایی استهلاک انرژی سازه نقش به سزایی دارد. در این پژوهش، به بررسی تاثیر شکل هسته موجدار پانل و نوع مصالح پانل پرداخته شده است. از این رو، رفتار پانل های ساندویچی از جنس آلومینیم و فولاد در برابر بارهای انفجاری مورد بررسی قرار گرفته است. در فرآیند تحلیل، چهار نوع ورق موجدار مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی و بیضوی برای هسته پانل ها در نظر گرفته شده است. بیشترین تغییرشکل در پانل ها، متعلق به هسته مثلثی است. پانل با هسته ذوزنقه ای کمترین تغییرشکل را دارد. پانل هایی که تماما از جنس آلومینیم می باشند نسبت به نمونه های دیگر، انرژی بیشتری مستهلک کرده اند. پانل هایی که فقط ورق های آن ها از جنس آلومینیم است و پانل هایی که فقط هسته آن ها از جنس آلومینیم می باشد، به ترتیب در مرتبه بعدی استهلاک انرژی قرار می گیرند. در بررسی تاثیر توام نوع مصالح و شکل هسته پانل، پانل با ورق های رویی و پشتی فولادی و هسته آلومینیمی با شکل مثلثی مطلوب ترین عملکرد را دارد.کلید واژگان: انفجار, پانل ساندویچی, هسته موجدار, استهلاک انرژی, تغییر شکل بیشینهThe behavior of different structures subjected to blast loads is always an important factor to study. Sandwich panels have a wide range of applications in different fields of engineering and the construction of some industrial and military structures. These panels are made of two sheets and an intermediate core. The core has a significant role in reducing the deflection and enhancing energy absorb of structure. In this article, the effect of the shape of the corrugated panel and the type of panel materials is investigated. Hence, the reaction of aluminum and steel sandwich panels subjected to blast loads has been investigated. In the process of analysis, four kinds of profiles, which are: rectangular, trapezoidal, triangular and elliptical, are considered as panel cores. the most deflection was for rectangular profiles and the least deflection was for triangular ones. Those panels which are completely made of aluminum or the panels with steel cores can sustain more strain energy by their back sheets. all the panels that are completely made of aluminum have more damped energy than others. Those panels which have only aluminum sheets or aluminum cores are placed next to whole aluminum panels in order to damped energy level. In the study of the joint effect of the type of materials and the shape of the core panel, the panel with the upper and back of the steel and aluminum core with the triangular shape has the most desirable.Keywords: Blast loading, Sandwich Panel, Corrugated Core, Damped Energy, Maximum Deflection
-
در عمل، احتمال وقوع انفجار در مجاورت سازه ها وجود دارد و باید رفتار سازه های مختلف در برابر اثرات بارهای ناشی از انفجار مورد بررسی قرار گیرد. در ساخت برخی سازه های صنعتی و نظامی از پانل های ساندویچی استفاده می شود. این پانل ها از دو ورق و یک سازه میانی به عنوان هسته پانل تشکیل شده اند. هسته پانل در کاهش تغییرشکل و افزایش توانایی جذب انرژی سازه نقش به سزایی دارد. در این پژوهش، رفتار پانل های ساندویچی از جنس آلومینیوم و فولاد در برابر بارهای انفجاری مورد بررسی قرار گرفته است. در فرآیند تحلیل، سه نوع پروفیل مستطیلی، ذوزنقه ای و مثلثی برای هسته پانل ها در نظر گرفته شد. نتایج بررسی نشان می دهد که پانل هایی که تماما از جنس آلومینیوم می باشند نسبت به نمونه های دیگر انرژی بیشتری مستهلک کرده اند. پانل هایی که فقط ورق های آنها از جنس آلومینیوم است و پانل هایی که فقط هسته آنها از جنس آلومینیوم می باشد، به ترتیب در مرتبه بعدی استهلاک انرژی قرار می گیرند. بیشترین تغییرشکل در پانل های تمام آلومینیومی و پانل هایی که فقط هسته آنها از فولاد می باشند، متعلق به هسته پانل با پروفیل مثلثی و کمترین تغییرشکل مربوط به پروفیل مستطیلی است. در پانل هایی که فقط ورق های آنها از فولاد است، برخلاف پانل های دیگر، بیشترین تغییرشکل را پروفیل مستطیلی و کمترین تغییرشکل را پروفیل مثلثی دارد.کلید واژگان: پانل ساندویچی, بار انفجار, انرژی مستهلک شده, تغییر شکل بیشینهPractically there is a risk of explosion, and different structure's behavior should be examined against the effects of blast loadings. Sandwich panels are used for making some industrial and military structures. These panels are made of two sheets and an intermediate core. The core has a significant role in reducing the deflection and enhancing energy absorb of structure. In this study, sandwich panel's behaviors, which are made of aluminum and steel, are examined against the blast loadings. In the process of analysis, three kinds of profiles, which are: rectangular, trapezoidal and triangular, are considered as panel cores. The results show that the panels with steel core, absorb less energy and damp by their core. Those panels which are completely made of aluminum or the panels with steel core can sustain more strain energy by their back sheets. all the panels that are completely made of aluminum have more damped energy than others. Those panels which have only aluminum sheets or aluminum core are placed next to whole aluminum panels in order to damped energy level. Most of the deflections in panels that are whole aluminum made and steel core panels were belong to panel core with triangular profiles and the least deflection were for rectangular shaped profiles. In panels that only have steel sheets, unlike the other panels, the most deflection was for rectangular profiles and the least deflection was for triangular ones.Keywords: Sandwich Panel, Blast Loading, Damped Energy, Maximum Deflection
-
The meshless local Petrov-Galerkin (MLPG) method is employed for dynamic analysisof fully saturated porous materials under shock loading considering two directional functionally gradingpatterns in constitutive mechanical properties. To approximate the trial functions in the radial pointinterpolation method (RPIM), the radial basis functions (RBFs) are utilized. The mechanical propertiesare simulated using a non-linear grading model with the radial and axial exponent. The 2D propagationof displacement and stresses are tracked through radial and axial direction in a two dimensional domainfor various grading patterns at different time instants. By employing the presented meshless technique,the effects of various grading patterns on maximum values of stresses and displacements are studiedin detail. The variation in the value of radial exponent has a significant effect on the dynamic behaviorof radial displacement and radial stress comparing to the variation in the value of axial exponent. TheMLPG method has a high capability to track the stress and displacement wave fronts at every arbitrarytime instant in 2D domain.
Keywords: Porous Materials, Stress Wave Propagation, Displacement Wave Propagation, MLPG Method, Radial Basis Functions -
در تحلیل و طراحی قاب های فولادی، عامل های گوناگونی وجود دارند که عدم قطعیت هر یک از آن ها می تواند اثر قابل توجهی در ایمنی سازه داشته باشد. در این میان، سختی پیوندهای تکیه گاهی، سختی پیوندهای تیر به ستون و سختی تکیه گاه جانبی یا مهاربند، به سبب عدم قطعیت هایی مانند چگونگی ساخت، اجرا، نصب و الگوسازی عضوها و پیوندهای سازه های فولادی، می توانند به عنوان نمونه هایی از این متغیرها پنداشته شوند. در این مقاله، نخست، بر پایه ی حل دقیق معادله ی دیفرانسیل تیر اولر- برنولی، ماتریس پایداری قاب های فولادی ساده و دروازه ای با عضوهای منشوری و نامنشوری و پیوندها و تکیه گاه های نرم در دسترس قرار می گیرد. باید افزود، نرمی پیوندها با فنرهای دورانی و انتقالی خطی الگوسازی می شوند. سپس، با حل چند نمونه عددی، درستی و دقت روش پیشنهادی در تحلیل پایداری یقین اندیشانه وارسی می گردد. در ادامه، از روش شبیه سازی مونت کارلو برای برآورد احتمال شکست در پایداری این گونه قاب ها بهره جویی خواهد شد.
در این میان، سختی دورانی پیوندهای تیر به ستون، سختی دورانی پیوندهای ستون به تکیه گاه و سختی انتقالی تکیه گاه جانبی، به عنوان متغیرهای تصادفی اختیار می شوند. بر این پایه، صدهزار مرتبه از رابطه سازی پیشنهادی برای یافتن بار کمانشی قاب های شبیه سازی شده، بهره جویی می گردد و اثر تغییر های ضریب پراکندگی و گونه ی تابع توزیع احتمال متغیرهای تصادفی در مقاومت کمانشی سازه های یاد شده مورد ارزیابی می گیرد. افزون بر این ها، حساسیت احتمال شکست در پایداری قاب های فولادی ساده و دروازه ای، نسبت به عدم قطعیت در سختی پیوندها و تکیه گاه ها بررسی می شود.کلید واژگان: تحلیل احتمالاتی, پایداری, قاب های فولادی, پیوند نرم, تکیه گاه نرم, عضوهای نامنشوری, مونت کارلو, حساسیتThere are various factors in the analysis and design of the steel frames that uncertainties in any one of them can have a significant effect on the structural safety. The rotational stiffness of the bases and beam-to-column connections and also, the transitional stiffness of the bracing system can be considered as examples of these variables. In this paper, firstly, based on the exact solution of the governing differential equation for an Euler-Bernoulli beam, the stability matrix of portal and gabled steel frames with flexible connections and supports and non-prismatic members are derived. It should be added, the flexibility of connections and supports are molded by the linear rotational or transitional springs. The accuracy of the proposed approach in the deterministic stability analysis with numerical examples verified. Then, by using of the Monte-Carlo simulation method, the probability of failure of mentioned frames for the stability is estimated. The rotational stiffness of the beam-to-column connections and bases and also, the transitional stiffness of lateral support are considered as the random variables in the stochastic stability analysis. Accordingly, by using of the presented formulation the buckling loads of the simulated frames for the hundred thousand times obtained and the effects of various coefficients of variations and different probabilistic distribution functions for random variables in the buckling resistance of the foregoing frames estimated. Moreover, the sensitivity of the probability of failure for the stability of frames with respect to uncertainty of the stiffness of the connections and supports investigated.Keywords: Probabilistic analysis, Stability, Steel frames, Flexible connection, Flexible support, Non, prismatic member, Monte, Carlo, sensitivity -
In this paper, a sensitivity analysis of artificial neural networks (NNs) is presented and employed for estimating the patch load resistance of plate girders subjected to patch loading. To evaluate the accuracy of the proposed NN model, the results are compared with the previously proposed empirical models, so that we can estimate the resistance of plate girders subjected to patch loading. The empirical models are calibrated, for improving the formulae, with experimental data set which was collected from the corresponding literature. NNs models are later trained and validated through using the existing experimental data. In this process several NNs architectures are taken into account. A set of good NNs models are selected and then analyzed regarding their robustness when confronted with the test data set and regarding their ability to reproduce the effect of uncertainty on the data. A sensitivity analysis is conducted herein in order to investigate the effect of variability in material and geometrical properties of plate girders. Thereafter, several estimates measuring the efficiency and the quality of the NN model and the calibrated models are obtained and discussed.Keywords: Neural Networks, Patch Loading, Plate Girder, Sensitivity Analysis, Variability
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.