mehdi lak
-
سرریزهای پلکانی به جهت عملکرد همزمان در انتقال و استهلاک انرژی، امروزه مورد توجه ویژه قرار گرفته اند. در طراحی این سرریزها بهترین حالت، دست یابی به طرحی با بیش ترین مقدار استهلاک انرژی در پایین دست و کم ترین هزینه طراحی می باشد. در این مطالعه، از مدل بهینه سازی چندهدفه بر مبنای الگوریتم های علف های هرز (IWO) و چرخه آب (WCA) برای طراحی سرریزهای پلکانی با اهداف کمینه نمودن هزینه های اجرا و بیشینه نمودن میزان استهلاک انرژی استفاده شده است. در این راستا، کارآیی دو الگوریتم بر روی سرریز سد سیاه بیشه پائین مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج پژوهش نشان داد الگوریتم IWO دقت و سرعت همگرایی بهتری نسبت به الگوریتم WCA در حل مسئله بهینه سازی چندهدفه سرریزهای پلکانی دارد. همچنین مشخص گردید استفاده از رویکرد بهینه سازی چندهدفه می تواند مجموعه ای از پاسخ ها را در اختیار طراحان قرار دهد که بتوانند در هر شرایطی بسته به میزان هزینه و استهلاک انرژی مورد نظر طرح مناسبی برای اجرا انتخاب نمایند. مقایسه بین پاسخ های با کمترین حجم بتن ریزی ارائه شده توسط IWO در مقایسه با طرح اجرا شده سرریز، 20 درصد حجم بتن ریزی را کاهش و 12 درصد میزان استهلاک انرژی را افزایش داده است. همچنین برای WCA، حجم بتن ریزی را 10 درصد کاهش و استهلاک انرژی را 4/89 درصد افزایش داده است.
کلید واژگان: استهلاک انرژی, بهینه سازی چندهدفه, سرریزهای پلکانی, سیاه بیشه, فراکاوشیStepped spillways have received special attention today for their simultaneous operation in energy transfer and dissipation. In designing these spillways, the best way is to achieve a design with the highest amount of energy dissipation in the downstream and the lowest design cost. In this study, a multi-objective optimization model based on weed algorithms (IWO) and water cycle (WCA) is used to design stepped spillways with the aim of minimizing implementation costs and maximizing energy dissipation. The efficiency of the developed model was tested on the spillway of the down Siah Bisheh Dam. The results showed that the IWO algorithm has better accuracy and convergence speed than the WCA algorithm in solving the problem of multi-objective stepped spillway optimization. It was also found that using a multi-objective optimization approach can provide a set of answers to designers who can choose a suitable design for implementation in any situation depending on the amount of cost and energy consumption. Comparison between the responses with the lowest concreting volume provided by the IWO compared to the Spillway plan implemented, reduced the concreting volume by 20% and increased the energy dissipation by 12%. For the WCA, it also reduced the volume of concreting by 10 percent and increased energy dissipation by 4.89 percent.
Keywords: Energy dissipation, Multi-Objective Optimization, Metaheuristic, Stepped Spillways, Siah Bisheh -
سرریزهای پلکانی نمونه ای از این سازه های هیدرولیکی حجیم می باشند که علاوه بر عبور دادن آب اضافی سدها، موجب استهلاک انرژی جریان در پایین دست سدها نیز می شوند. با توجه به هیدرولیک پیچیده جریان بر روی این سرریزها و وجود محدودیت های غیرخطی، طراحی بهینه آن ها یک مسیله بسیار سخت می باشد. در این پژوهش یک چارچوب نوین بر اساس الگوریتم های فراکاوشی، شامل شاهین هریس (HHO)، گرگ خاکستری (GWO)، علف های هرز مهاجم (IWO) و چرخه آب (WCA) با در نظر گرفتن کمینه سازی حجم بتن مصرفی سرریز و بیشینه سازی میزان استهلاک در پنجه سرریز به عنوان توابع هدف، برای طراحی این سرریزها توسعه داده شد. عملکرد الگوریتم ها، ابتدا بروی توابع پایه مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفت. سپس، برای دستیابی به اهداف مطالعه، سرریز سد سیاه بیشه به عنوان سد مورد مطالعه انتخاب شده و کارآیی مدل های توسعه داده شده بر اساس چهار الگوریتم مذکور بر روی آن ارزیابی گردید. نتایج نشان داد، مدل مبتنی بر HHO علاوه بر بهبود طرح سرریز کنونی از نظر هزینه های احداث و انرژی مستهلک شده، در مقایسه با سایر الگوریتم های فراکاوشی نیز از دقت و همگرایی مناسبی برخوردار است. به گونه ای که مقایسه طرح به دست آمده از HHO با طرح اجرا شده سرریز نشان داد، علاوه بر کاهش 35 درصدی حجم بتن مصرفی، میزان استهلاک انرژی 15% افزایش یافت که نشان دهنده موفقیت مدل طراحی توسعه داده شده به صورت چندهدفی و با استفاده از HHO می باشد.
کلید واژگان: سرریزهای پلکانی, بهینه سازی چندهدفه, الگوریتم های فراکاوشی, استهلاک انرژی, سد سیاه بیشهStep spillways are an example of these massive hydraulic structures that, in addition to passing the excess water of the dams, also cause the consumption of flow energy downstream of the dams. Considering the complex hydraulics of the flow on these spillways and the presence of nonlinear limitations, their optimal design is a very difficult problem. In this study, a new framework based on Metaheuristic algorithms, including Harris's hawk Optimization (HHO), gray wolf Optimizer (GWO), invasive weeds Optimization (IWO) and water cycle Algorithm (WCA), considering the minimization of the amount of concrete used in spillway and the maximization of energy dissipation in Spillway toe were developed as objective functions to design these spillways. Algorithms' performance was first checked and validated on basic functions. Then, to achieve the objectives of the study, the spillway of the Siah Bisheh dam was selected as the study dam and the efficiency of the developed models based on the four mentioned algorithms was evaluated on it. The results showed that, in addition to improving the current spillway design in terms of construction costs and dissipation energy, the HHO-based model has good accuracy and convergence compared to other Metaheuristic algorithms. As the comparison of the design obtained from HHO with the current spillway design showed, in addition to a 35% reduction in the volume of concrete consumed, the amount of energy dissipation increased by 15%, which indicates the success of the design model developed in a multi-objective manner using HHO.
Keywords: Stepped spillway, Multi-Objective Optimization, Metaheuristic Algorithms, Energy dissipation -
در این پژوهش، الگوی جریان سرریز اوجی تحت تاثیر شکل منحنی تاج سرریز و تغییرات شیب وجه بالادست سرریز، با استفاده از نرم افزار شبیه ساز عددی Flow-3Dمورد ارزیابی قرار گرفت. بدین ترتیب دو سرریز اوجی با تاج بیضوی و الگوی USBR در دو حالت وجه بالادست قایم و مایل با شیب 3H:3V و به ازای سه هد مختلف، شبیه سازی شدند و نتایج حاصل از تغییرات پارامترهای موثر نظیر دبی، سرعت و فشار در طول هر یک از سرریز ها مورد بررسی قرار گرفت. صحت سنجی نتایج مدل عددی با نتایج مدل آزمایشگاهی ماینورد نشان داد مدل عددی Flow-3D از توانایی بالایی برای شبیه سازی میدان جریان روی سرریز اوجی برخوردار است. مقایسه دبی حاصل از مدل عددی با داده های آزمایشگاهی، بیان گر میانگین خطای محاسباتی زیر سه درصد مدل عددی بود. بررسی میدان فشار نشان داد در ارتفاع هد برابر هد طراحی، فشارها نزدیک فشار اتمسفر می باشند و فشار منفی روی تاج سرریز ایجاد نشده است اما در هد بالاتر از هد طراحی روی سرریز فشار منفی به وجود خواهد آمد. مقدار فشار منفی ایجاد شده در ابتدای تاج سرریز USBR نسبت به مقدار فشار منفی تاج سرریز بیضی شکل، بیش تر است و دلیل آن عدم پیوستگی در تاج و جدایی بیش تر خطوط جریان از روی آن است. همچنین نتایج نشان داد که سرریز اوجی با تاج بیضی شکل، عملکرد نسبتا بهتری در جریان عبوری از روی سرریز دارد و در این سرریزها امکان عبور دبی بیش تر با ایمنی بالاتری فراهم می شود و شیب دار کردن وجه بالادست سرریز باعث تغییر در ضریب تخلیه و نهایتا میزان دبی عبوری جریان از روی سرریز می شود.کلید واژگان: سرریز اوجی, شبیه سازی عددی, Flow3D, حجم محدود, توزیع فشارIn this study, the ogee spillway flow pattern under the influence of the spillway curve shape and upstream slope changes was evaluated using Flow-3D numerical simulator software. Thus, two ogee spillways with elliptical crest and USBR pattern were simulated in two vertical and oblique upstream modes with a slope of 3H:3V and three different heads, and the results of changes in effective parameters such as flow, velocity and pressure in the length of each spillway was examined. Validation of the results of the numerical model with the results of the Maynord experimental model showed that the Flow-3D numerical model has a high ability to simulate the flow field on the ogee spillway. Comparison of flow rate from numerical model with experimental data showed that the average computational error was less than 3% of the numerical model. Examination of the pressure field showed that at the height of the head equal to the design head, the pressures are close to atmospheric pressure and no negative pressure is created on the spillway crest, but at the head higher than the design head, negative pressure will be created on the spillway. The amount of negative pressure created at the beginning of the USBR spillway crest is higher than the negative pressure value of the elliptical spillway crest due to the lack of continuity in the crest and further separation of the flow lines from it. The results also showed that the ogee spillway with oval crest has a relatively better performance in the flow over the spillway and in these spillways it is possible to pass more discharge with higher safety and sloping the upstream side of the spillway causes a change in the discharge coefficient and finally the flow rate of the spillways.Keywords: Ogee Spillway, numerical simulation, Flow3D, Finite Volume, Pressure distribution
-
طراحی و اجرای تونل در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه به طور وسیعی مورد توجه دولتمردان قرار گرفته است تا بیشترین بهره وری از فضای زیرزمینی انجام گیرد. در این بین مشکلاتی از قبیل آبهای زیرزمینی، توده های سنگی خرد شده و گسل مواردی هستند که به طور جدی فضای زیرزمینی را تحت تاثیر خود قرار می دهند. گسل از مواردی است که عدم دقت در شناخت و یا مدلسازی آن موجب عدم بهره برداری کامل از تونل خواهد شد. تعیین مشخصات و مختصات صحیح گسل از نکات برجسته ای است که همواره مورد توجه طراحان است. در این مقاله اثر گسل با جهت های مختلف و فواصل گوناگون بر یک تونل بررسی می شود که می تواند توصیه های قابل توجهی برای طراحان داشته باشد. تحلیل مذکور با استفاده از مدلسازی عددی اجزای محدود(Plaxis) و تفاضل محدود(FLAC) مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ناحیه ی پلاستیک در اطراف تونل نقره کمر واقع در استان مرکزی و پیشنهاد راهکار مناسب برای کنترل آن نیز به عنوان مطالعه ی موردی تحلیل شده است. ضرورت تقویت نگه دارنده ها و کنترل ناحیه ی پلاستیک مواردی است که در تحلیل اثر گسل بر حفاری تونل در شعاع معینی از تونل حاصل شده است.
کلید واژگان: گسل, مدلسازی عددی, ناحیه پلاستیک تونلTunnel design and construction in developed and developing countries have been widely considered by government officials to maximize the use of underground space. Meanwhile, the presence of groundwater, crushed rock masses and faults are among the problems of the tunnel passage that seriously affect the underground space. If for any reason the tunnel route cannot be changed, the tunnel can be designed and implemented in the vicinity of the fault with safety solutions. The accuracy of the correct design of these tunnels is due to the passage of the fault through or near the tunnel, which are of special economic and safety importance. Therefore, in this article, the effect of the fault around the Noghre Kamar tunnel located in Markazi province with different directions and different distances on a tunnel was investigated, and these results and suggestions can have significant recommendations for designers. This analysis has been investigated using finite element numerical modeling (Plaxis) and finite difference (FLAC).The results show that with increasing the distance of the fault from the tunnel axis, the amount of displacement and damages are significantly reduced and with increasing the thickness of the fault, the opposite is true. The average maximum displacement obtained from Plexis and Falak software is 17 and 17.5 cm, respectively, in the case of a 90-degree fault with a width of 3 meters, and in the case where the fault intersects the tunnel at a 45-degree angle, it is 13 and 13.5 cm, respectively. Also, the total stress changes in the position where the fault intersects the tunnel at an angle of 45 degrees is the minimum and in this position the maximum value of the safety factor is obtained.
Keywords: Fault, Numerical Study, plastic zone -
عملیات سطحی کوبش فراصوتی (اولتراسونیک نیدل پینینگ) از روش های نوین قابل استفاده جهت تقویت سطوح قطعات فلزی در برابر بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی می باشد. استفاده از این فرایند نیازمند انتخاب دقیق و بهینه پارامترهای عملکردی است. در پژوهش حاضر، با استفاده از مطالعه عددی تاثیر پارامترهای مانند: قطر پین (Needle)، دامنه، سرعت حرکت دستگاه و نیروی استاتیکی بر روی تنش پسماند ایجاد شده روی ورق های آلومنیوم آلیاژی Al6061 بررسی شده است. با استفاده از دستگاه تفرق اشعه ایکس تنش پسماند اندازه گیری شد. از روش لایه برداری الکتروشیمیایی جهت اندازه گیری توزیع تنش پسماند در عمق نمونه استفاده گردید. مدل سه بعدی اجزاء محدود فرایند عملیات سطحی کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شد. با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی تنش پسماند مدل اجزا محدود ارایه شده اعتبار سنجی شد. سپس، پارامترهای مهم فرایند کوبش فراصوتی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود بررسی شد. جهت طراحی آزمایش ها و بهینه سازی پارامتراهای فرایند از روش تاگوچی استفاده شد. بر اساس نتایج مشخص شد که قطر پین در مقایسه با پارامترهای دیگر تاثیر کمتری بر روی تنش پسماند فشاری بیشینه دارد و تنش پسماند با افزایش دامنه و کاهش سرعت حرکت ابزار افزایش می یابد. همچنین، در حالت انتخاب پارامترهای بهینه بیشینه تنش پسماند 24% افزایش یافت.
کلید واژگان: کوبش فراصوتی, اجزاء محدود, بهینه سازی, تنش پسماندUltrasonic needle penning is a modern technique that enhances the surface properties of metallic components by imposing static and dynamic loadings. The efficiency of this technique dramatically is dependent on the process parameters. In this study an experimental and numerical investigation on ultrasonic needle penning was carried out. The numerically predicted residual stress profile was verified using X-ray diffraction measurement of residual stress. A 3D finite element model of ultrasonic needle penning was simulated by ABAQUS software. Moreover, a parametric study was performed to investigate the effects of needle diameter, amplitude, device moving speed and static force on residual stress distribution. In order to design of experiments and determine the optimized process parameters of ultrasonic needle penning, Taguchi’s method was implemented. Based on the results, needle diameter had the lowest impact on maximum compressive residual stress and residual stress increases by increasing amplitude and reducing device moving speed. The maximum residual stress was achieved for the needle diameter of 4mm, the amplitude of 16µm, the device moving speed of 1.5cm/s and the static force of 10N. For the optimum case, compressive residual stress was improved 24%.
Keywords: Ultrasonic needle peening, Finite element, Optimization, Residual stress
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.