جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "fluid–structure interaction" در نشریات گروه "عمران"
تکرار جستجوی کلیدواژه «fluid–structure interaction» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
Liquid storage tanks are crucial in various applications, such as in industrial processes and water supply systems. It's important to understand how these tanks behave during seismic events to ensure their structural safety. This study examines the force applied to the roof of tanks when the freeboard is insufficient. To conduct the analyses, the Box-Behnken design of the experiment method was used in the study's design. Tanks were modeled using the finite element method combined with smooth particle hydrodynamics. The interaction of the stored fluid with the roof of the tank was assessed using the penalty technique and the soft constraint algorithm. The analysis results showed that the combination of two parameters, the tank length and seismic stimulation, had the most significant impact. However, the fluid height was deemed a non-influential parameter when there was not enough freeboard. Additionally, the results showed that the intensity acceleration spectrum accurately reflects the impact of frequency content on roofed tanks.Keywords: Sloshing, FE-SPH Coupling, Box-Behnken, Concrete Storage Tank, Fluid-Structure Interaction
-
For dynamic modal analysis of the gravity dams, it is required to solve the non-symmetric eigenvalue problem which is a time-consuming process. This paper aims to propose a new procedure for this purpose. In this novel method, there is no need to solve the non-symmetric coupled eigenproblem. Instead, two novel eigenvalue problems are formulated and solved. They are simultaneously applied for dynamic modal analysis of concrete gravity dams. They represent the cubic-symmetric forms of the respective non-symmetric Eigenvalue problem, and they are entitled “cubic ideal-coupled eigenproblems”. Moreover, it is proved that the decoupled and ideal-coupled schemes presented in the previous works can be considered as special cases of the current more general procedure. For solving the aforesaid cubic eigenproblems, the classical subspace algorithm is generalized. To assess the accuracy of the suggested technique, it is employed for the dynamic analysis of two well-known benchmark gravity dams in the frequency domain. The dam crest responses are calculated under upstream and vertical excitations for two different wave reflection coefficients. Then, the obtained results are compared with those of the decoupled and ideal-coupled approaches. Findings corroborate the fact that the authors' formulation is more accurate than the other two aforesaid tactics under all practical conditions.
Keywords: Concrete Gravity Dam, Coupled Method, Cubic Ideal-Coupled Method, Decoupled Method, Fluid-Structure Interaction, Ideal-Coupled Method -
Fluid-structure interaction (FSI) is a complex and critical field of study with a range of practical applications in the underwater domain. The present study investigates the FSI effect on two submerged steel structures consisting of ring-stiffened cylinders. The cylinder structures and the surrounding water are modeled using shell and acoustic finite elements, respectively. The study focuses on the dynamic response of the structures when subjected to an acoustic pressure shock wave. The results of the analysis, including the displacement and strain experienced by the structures, are presented and compared. This study provides valuable insights into the FSI effect on submerged structures, which has important implications for a wide range of applications. The findings of this study can contribute to the development of robust and efficient designs for submerged structures that can withstand the harsh underwater environmentsKeywords: Dynamic response, Fluid-Structure Interaction, Finite Element Analysis, Steel Cylinder
-
در این پژوهش، پاسخ لرزه ای و کمانش دینامیکی مخزن فولادی استوانه ای زمینی ذخیره سیال، تحت اثر مجموعه ای از مولفه های افقی زلزله با استفاده از تحلیل دینامیکی افزایشی مطالعه شده است. یک مخزن ذخیره سیال عریض به قطر 30 متر و با نسبت ارتفاع به قطر 40/0 بر اساس استاندارد API 650 طراحی شده است. تحلیل های دینامیکی افزایشی برای هفت رکورد زلزله، که هر رکورد برای PGA های مختلف از 0.05g تا 0.50g مقیاس شده، انجام شده است. برای صحت سنجی مدلسازی اجزای محدود سیستم مخزن-سیال، نتایج تحلیل اجزای محدود با نتایج تحلیلی و نتایج عددی موجود در ادبیات فنی، مقایسه شده است. مقادیر پریود مودهای ضربانی و نوسانی حاصل از تحلیل مودال، تطابق نزدیکی با نتایج تحلیلی و نتایج عددی دارد. با استفاده از مدل مکانیکی جرم و فنر مخزن، پاسخ لرزه ای مخزن شامل حداکثر برش پایه و حداکثر لنگر واژگونی تخمین زده شده و با نتایج تحلیل های دینامیکی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که به ازای تحریک افقی با PGA کوچکتر مساوی 0.20g، متوسط حداکثر برش پایه و متوسط حداکثر لنگر واژگونی مخزن ناشی از تحلیل اجزای محدود بیشتر از نتایج مدل جرم و فنر و برعکس برای PGA بزرگتر مساوی 0.30g تا 0.50g، کمتر است. نتایج تحلیل های دینامیکی مخزن نشان داد که کمانش در پایین ارتفاع جداره (در ارتفاع 8/2 متر بالای کف مخزن) ایجاد شده است. همچنین با استفاده از معیار کمانش دینامیکی، متوسط حداکثر شتاب افقی زمین و متوسط نیروی برش پایه دینامیکی بحرانی که باعث وقوع کمانش پوسته مخزن شده، تخمین زده شده است.
کلید واژگان: مخزن فولادی, تحلیل دینامیکی افزایشی, اندرکنش سیال- سازه, کمانش دینامیکی, کمانش پافیلیIn this study, the seismic response and buckling of aboveground cylindrical steel liquid storage tanks subjected to horizontal components of earthquake ground motions is investigated using incremental dynamic analyses (IDA). A broad steel tank with diameter of 30 m and height to diameter (H/D) ratio of 0.40 was designed using API 650 standard. The incremental dynamic analyses of liquid storage tank were performed for seven real seismic ground motions, which were scaled for PGAs of 0.05g to 0.50g. To verify the accuracy of the propose finite element model of the tank-liquid system, natural periods of the tank-liquid system vibration modes computed from finite element analysis compared to those obtained by analytical solutions and other numerical study. Small difference between natural periods indicates the acceptance accuracy of the finite element model. The mean peak base shear and overturning moment of the steel tank are estimated using mass spring model and compared with those obtained by finite element model. The mean peak base shear and overturning moment from finite element model greater than those obtained by mass spring model for PGA less equal 0.20g and vice versa for PGA from 0.30g to 0.50g. The incremental dynamic analysis results show that buckling of tank shell occurred at a height of 2.8 m above the tank base. Also mean critical horizontal peak ground acceleration (critical PGA) and mean critical dynamic base shear force, which induces buckling at the bottom of the cylindrical shell, are estimated.
Keywords: Steel Tank, Incremental Dynamic Buckling, Fluid-Structure Interaction, Dynamic Buckling, Elephant Foot Buckling -
The principal aim of the current study is to examine a Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM)-based model to analyze the interaction problem between the water waves and moored floating breakwaters with sharp edges. Regarding the increasing employment of rectangular cross-section floating breakwaters with vertical side plates to their down-wave and up-wave sides (π-shaped floating breakwaters), it can be stated that they are used as a practical basis to examine how the model works. By comparing the present solutions to those from existing literature, without changing the mesh density compared to previous simulations used in simple configurations, the accuracy and generality of the present model in the complex configurations are evaluated. It is demonstrated that as the proposed model is a semi-analytical method, unlike conventional numerical methods, there is no need to refine the mesh around sharp corners, which can considerably save the computational time, effort, and cost in large solution domains.
Keywords: Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM), Floating Breakwaters, Fluid-Structure Interaction, Water Wave Radiation, Water Wave Diffraction -
در پژوهش حاضر، رفتار مخازن بتنی هوایی دارای شافت مرکزی و جداساز پایه ی لاستیکی هسته ی سربی، تحت تحریک همزمان مولفه های انتقالی و دورانی زلزله های حوزه های نزدیک و دور از گسل با استفاده از تحلیل تاریخچه ی زمانی غیرخطی با احتساب اندرکنش آب و مخزن بررسی شده و نتایج نشان داده است که وجود جداساز پایه در تمامی حالت های بررسی شده سبب کاهش حدود 40 تا 60 درصدی برش پایه و 60 تا 90 درصدی تنش بلندشدگی می شود. با افزایش حجم مخزن، اثر کاهنده ی جداساز در تنش بلندشدگی مخازن کاهش می یابد، در حالی که عملکرد جداساز لرزه یی در کاهش برش پایه ی مخازن هوایی با افزایش حجم مخزن بهبود خواهد یافت. همچنین، افزایش شتاب زاویه یی مولفه ی دورانی زلزله های حوزه ی نزدیک، سبب تضعیف حدود 20 تا 30 درصدی اثر کاهشی جداساز پایه در پاسخ لرزه یی مخازن می شود. بنابراین، عدم اعمال مولفه ی دورانی زلزله در تحلیل مخازن واقع در نواحی نزدیک گسل که پتانسیل مولفه ی دورانی زلزله ها قابل توجه است، موجب بزرگ نمایی اثر کاهشی جداساز پایه در نتایج می شود.
کلید واژگان: مخازن بتنی هوایی, اندرکنش آب و سازه, جداساز لاستیکی هسته ی سربی, زلزله های حوزه های نزدیک و دور از گسل, مولفه های انتقالی و دورانی زلزلهWater storage tanks are one of the vital and essential arteries whose immediate operational performance after an earthquake is of special importance and interruptions in their operation can indirectly increase the damage and losses caused by earthquakes. Due to the significant effect of earthquakes on structures located in the vicinity of faults and, also, the unknown effect of the simultaneous transitional and rotational components of these earthquakes, present study investigated the behavior of concrete elevated tanks with central shaft and lead rubber bearing base isolation, under simultaneous excitation of translational and rotational components of near- and far-field earthquakes using nonlinear time history analysis. Base shear force and normal stress of tanks were determined considering dynamic interaction of water and tank. The corresponding rotational component of each translational pair of accelerograms was generated using the classic formulation of the theory of elasticity and wave propagation simultaneously, taking into account the frequency-dependency of wave velocity. To model the base isolator in the present study, an equivalent simplified link and combination model, based on 3D model of reference [32], has been suggested and its performance accuracy has been evaluated. The results of dynamic analysis show that the presence of the base isolator in all the studied conditions causes a reduction of about in base shear and in normal stress of the elevated tanks. Increasing the tank volume will reduce the decreasing effect of the isolator on the normal stress of tanks, but will improve the performance of the seismic isolator in reducing the base shear. Also, increasing the angular acceleration of rotational component of near-field earthquakes weakens by about the decreasing effect of the base isolator on the seismic response of elevated-tanks. Thus, neglecting rotational component of the earthquakes in analysis of tanks located near the faults will magnify the decreasing effect of the base isolator on seismic demands and the poor design of structure. Therefore, use of the isolator to reduce the seismic response in these areas will not be economically justified.
Keywords: Concrete elevated tanks, Fluid-Structure Interaction, Lead rubber bearing base isolation, Far, near field earthquakes, Translational, rotational components of earthquake -
سکوهای دریایی از سازه های حیاتی کشورهای نفت خیز محسوب می شوند، که معمولا تحت تاثیر بارهای دینامیکی شدید امواج دریا قرار دارند. بنابراین کنترل ارتعاش های سکوهای دریایی برای افزایش بهره وری و جلوگیری از خرابی زودرس احتمالی ناشی از خستگی، اهمیت خاصی دارد. در مطالعه ی حاضر، به ارزیابی رفتار سکوی نفتی رسالت واقع در خلیج فارس تحت ارتعاش های ناشی از دو موج با دوره های بازگشت 50 و 100 سال پرداخته شده و سپس به منظور کنترل آن از میراگرهای جرمی هماهنگ شده ی غیرفعال و فعال استفاده شده است. برای محاسبه ی نیروی کنترل از الگوریتم هوشمند فازی و برای بهینه یابی توان عملگر از الگوریتم جستجوی هارمونی استفاده شده است. همچنین اندرکنش بین سازه و سیال، جرم افزوده و اشباع عملگر در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده، نشان دهنده ی عملکرد مناسب سیستم کنترلی پیشنهادی است، که مقادیر بیشینه و نرم شتاب عرشه ی سکو را به ترتیب به مقادیر 20 و 50 درصد در طول زمان کاهش داده است.
کلید واژگان: سکوی شابلونی, میراگر جرمی هماهنگ شده, الگوریتم جستجوی هارمونی, اندرکنش بین سازه و سیالIn recent decades, different control strategies (i.e., passive, active, semi-active, or hybrid) have been extensively employed to suppress the response of offshore structures subjected to dynamic lateral loads. Jacket platforms are vital structures for oil-rich countries that are frequently subjected to dynamic harsh sea waves. Therefore, the vibration control of these structures is substantial to increase productivity, safety, and serviceability and prevent premature possible fatigue failure. In this study, the behavior of the Ressalat platform located in the Persian Gulf is evaluated under wave loads with two different return periods of 50 and 100 years. A simplified equivalent seven-degree-of-freedom lumped mass linear model is adopted for the Ressalat platform. In the Persian Gulf, wave loads are the dominant load in the designing procedure. Due to the stochastic nature of wave loads, random wave and constrained new-wave theories are utilized in the generation of the wave records. Then, Passive Tuned Mass Damper (PTMD) and Active Tuned Mass Damper (ATMD) are employed to suppress the platform vibration and subsequently, their control performances are compared. Various calculated normalized performance criteria (responses of controlled to uncontrolled structures) for passive and active controlled platforms including normalized maximum and Root Mean Square (RMS) of displacement, velocity, and acceleration of the deck level are calculated and compared. The uncontrolled and controlled platforms are modeled and analyzed using MATLAB and SIMULINK software. Moreover, the fuzzy intelligent algorithm with a triangular membership function is implemented to calculate the control force and the Harmony Search Algorithm (HAS) is examined to optimize the actuator power. Also, the Fluid-Structure Interaction (FSI), the effect of added mass due to the accelerated motion of the body in the fluid, and the saturation of the actuator are considered. The results show the effectiveness of the proposed control system by reducing 20% and 50% of the maximum and RMS of the platform deck acceleration, respectively, over time.
Keywords: Jacket Platform, Active tuned mass damper, Harmony Search Algorithm, Fluid-Structure Interaction -
در پژوهش حاضر، با استفاده از آنالیز دینامیکی به حل معادله ی حاکم بر تغییرشکل تیوب های لاستیکی مستقر در حاشیه ی ساحل در حالت دوبعدی تحت بارگذاری ناشی از امواج منظم و فشار داخلی ناشی از سیال پرکننده ی تیوب پرداخته شده است. حل دوبعدی از طریق کدنویسی توسط نرم افزار متلب و با استفاده از روش تفاضل مرکزی برای سازه و مشخصات موج منظم به دست آمده از تیوری موج با دامنه ی کوتاه صورت گرفته است. برای دست یابی به شکل تعادل یافته ی تیوب های لاستیکی، آنها در سه حالت مهار شده به کف در دو نقطه، مهار شده به کف در یک نقطه و بدون مهار، مدل شده اند. بر اساس نتایج به دست آمده، تیوب مهار شده در یک نقطه نسبت به تیوب مهار شده در دو نقطه، حالت برافراشته تری داشته و در نتیجه، ارتفاع بهره برداری آن بیشتر و خمیدگی آن به سمت پایین دست کمتر بوده است. ضمنا دو تیوب با مشخصات یکسان، یکی با مهار و دیگری بدون مهار، ارتفاع بهره برداری یکسانی ندارند و تیوب بدون مهار در ارتفاع بالاتری به شکل تعادل یافته ی خود می رسد و لذا محدوده ی وسیع تری از ارتفاع امواج و عمق های آب پای سازه را کنترل می کند.
کلید واژگان: موج شکن لاستیکی, اندرکنش سیال و سازه, تئوری موج با دامنه ی کوتاه, روش عددی تفاضل مرکزیInflatable marine structures are flexible cylindrical structures attached to a rigid base. These structures are generally cylindrical tubes, made of rubberized material, and inflated by air and/or water. Although these structures are permanently inflated, they have the advantage of being deflated and lie flat when not needed and then, inflated in a short period when required. They are relatively easy to install, do not corrode, require little maintenance, and have the capability to withstand extreme temperatures. Due to elasticity of the structure and continuous variation of its shape during operation, inflatable breakwater or sea-wall structural and hydraulic analyses are more complicated than the rigid types. Large deformation of the membrane due to the internal and external loads makes the governing equations of such problems non-linear and complex. In the present study, the behavior of an inflatable marine structure under loading by marine waves was simulated based on 2D numerical modeling. For this purpose, the deformed equilibrium geometry of the breakwater was calculated by solving the prevailing equations through the linear dynamic response of the system. The central difference method was employed to solve the governing equations of the linear dynamic response of the system of finite elements. According to the results of former studies, for 2D modeling of the aforementioned problem, the length of the tube was assumed infinity. Therefore, the effects of lateral supports and boundary conditions were neglected. This study carried out the numerical analysis of the inflatable marine structures for solving the flow-based problem associated with static and dynamic structural analyses. For this purpose, the two-dimensional fluid-structure interactions were analyzed numerically. It was shown that the equilibrium shape of the structure was a function of rubber thickness, elasticity modulus of the material, internal pressure, the dam foot width, and external loads. All the influential parameters of both flow and structure including internal pressure, water depth, wave height, wave period, etc. were attained based on the dimensional analysis. Accordingly, the results describing height and cross-sectional profile of the inflatable tubes loaded by marine waves were obtained.
Keywords: Central Difference Method, Fluid-Structure Interaction, Inflatable Marine Structures, Numerical Modeling -
موج شکن ها به عنوان سازه های حفاظت سواحل از اهمیت خاصی برخوردارند لیکن اهمیت مضاعف موج شکن ها در کشور ما، بیشتر به دلیل ایجاد پناهگاه های کوچک و بزرگ برای شناورهای مختلف می باشد. علاوه بر این، سازه های دریایی و ازجمله موج شکن در معرض انواع مختلفی از تهدیدها و حملات مطرح ازجمله حمله های هوایی، دریایی و زیرسطحی می باشند. لذا، توجه به ملاحظات پدافند غیرعامل در طراحی موج شکن ها در برابر تهدیدات و خسارات ناشی از آن اهمیت زیادی دارد. یکی از مهم ترین این تهدیدات، تهدیدات تروریستی و انفجاری از سمت دریا می باشد. در این تحقیق، پاسخ موج شکن توده سنگی و مودهای خرابی آن ها تحت اثر انفجار زیرآب، مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از نرم افزار المان محدود اتوداین، جهت شبیه سازی و تحلیل پاسخ ها استفاده شد. روش شبیه-سازی اویلر-لاگرانژ درگیر و نوع آن حل دینامیکی صریح بوده است. برای صحت سنجی، ابتدا نحوه ی انتشار امواج ناشی از انفجار زیرآب و اثر خرابی آن بر یک سازه ی سد بتنی ارزیابی گردید و پس ازآن، پاسخ مدل پیشنهادشده برای شبیه سازی موج شکن با استفاده از نرم-افزار برای تغییرات وزن ماده منفجره و پارامترهایی هندسی چون عمق محیط آب، عمق انفجاری رویداد، تغییر شیب سازه ای موج شکن و اندازه ی ابعاد بلوک های لایه ی آرمور بررسی گردید. نتایج نشان داد، هرچه عمق انفجار بیشتر و فاصله ی مقیاسی نسبت به سازه از kg/m1/3 533/0 کمتر شود، خرابی کوتاه مدت بیشتر می شود. در شبیه سازی میان مدت، مشاهده گردید با کاهش ابعاد بلوک های بتنی لایه ی آرمور از4/2 متری به 6/0 متر، مقدار خرابی بلوک های بتنی از 47 درصد به 23 درصد کاهش یافته و نیز برای زاویه ی شیب سازه ای موج شکن، با کاهش زاویه از 45 درجه به 26 درجه، میزان تخریب حدود 50 درصد کاهش یافته است. محدوده ی بحرانی انفجار در فاصله کمتر از 8 متری از سازه و عمق بحرانی انفجار 2 متر بدست آمد که در این فواصل آسیب وارده قابل توجه بوده و ضرورت تمهیدات تعمیر بلوک های بتنی آرمور وجود دارد.
کلید واژگان: انفجار زیرآب, موجشکن توده سنگی, مودهای خرابی, شبیه سازی عددی, اندرکنش سازه-سیالBreakwaters are of great importance as coastal protection structures, but the double importance of breakwaters in our country is due to the creation of small and large shelters for different vessels. In addition, marine structures, including breakwaters, are subject to a variety of threats, including air, sea and submarine attacks. Therefore, attention to passive defense considerations is important in designing and operating breakwaters against threats and damage. One of the most important of these threats is the terrorist and explosive threats from the sea. In this research, the response of rubble mound breakwaters and their failure modes subjected to the underwater explosion was evaluated. Thus AUTODYN finite element software was used for the simulation and analysis of breakwater responses under the underwater blast loading. The used simulation and analysis method were the Coupling Euler-Lagrange process and explicit dynamical solving, respectively. For verification, first, the wave propagation from underwater explosion and its damaging effect on a concrete dam structure were evaluated. Then, The proposed model response of the breakwater using the software under the variation of explosive mass, water depth, event explosive depth, structure breakwater slope and size of armor layer blocks were investigated. The results showed, the greater the depth of the explosion and the shorter the scaled distance was less than 0.533 kg/m1/3, the geater the short-term damage would be. In the medium time simulation, was observed that by increasing the dimensions of concrete blocks of Armor layer from 2.4 m to 0.6 m, percentage failure decreased from 47% to 23%, and as well as for the structural slope of breakwater, with reducing the angle from 45 degrees to 26 degrees, the failure amount was reduced by about 50%. Generally, within the scope of this research, the critical explosion range was less than 8 meters from the structure.
Keywords: Underwater explosion, Rubble mound breakwater, Failure modes, Simulation, Fluid-Structure Interaction -
DEZ dam is a double curvature arch dam built between 1959 and 1963. After more than 50 years of operation, the reservoirchr('39')s storage capacity was reduced due to sedimentation, threatening its useful life and power intake. Several solutions were examined, and heightening the dam body was chosen as the most economical solution. Consequently, the seismic safety of the heightened structure was seen as indispensable. This study investigates the seismic safety of DEZ dam, considering the effects of heightening the dam body. Static loads and two levels of OBE and MCE earthquakes are applied to the finite element model of the dam-massed foundation-reservoir system. In static loadings, local stress concentration occurs in the heightened dam. Additionally, under the OBE earthquake, some limited damage is predicted, which is not problematic for dam safety. Finally, Under MCE records, some cracked regions are developed. Still, the model does not show general instability, and so, the cracked areas do not lead to the release of the reservoir.
Keywords: DEZ dam, Fluid-Structure Interaction, Heightening Plan, Massed Foundation, Seismic safety evaluation -
سرریزهای سیفونی در شرایط وجود محدودیت فضا برای احداث انواع دیگر سرریزها و نیز برای عبور دبی زیاد در دامنه ی هد محدود استفاده می شوند. در نوشتار حاضر، به بررسی هیدرولیکی انواع رژیم های جریان، شامل: جریان زیر اتمسفر، جریان دوفازی و جریان با آب سیاه درسرریزهای سیفونی در شرایط غیردایمی پرداخته شده است. جهت صحت سنجی نتایج شبیه سازی عددی، از نتایج آزمایشگاهی مطالعات پیشین استفاده شده است. جهت انجام شبیه سازی عددی از حل گر سیالاتی ANSYS-CFX که در زمینه ی شبیه سازی جریان های دوفازی، توانایی های بیشتری نسبت به سایر نرم افزارها دارد، استفاده شده است. بررسی نتایج نشان داد که میزان نوسان های فشار در یک دبی مشخص در نقاط مختلف سرریز برای شرایطی که جریان داخل مجرای سرریز در حالت دوفازی است، به مراتب بیشتر از زمانی است که جریان زیر اتمسفر داخل سرریز برقرار است. بیشترین نوسان های فشار که می توانند باعث ارتعاش سازه ی سرریز شوند در قسمت های ورودی و گلوگاه سرریز ایجاد می شوند.
کلید واژگان: حل گر سیالاتی CFX, رژیم های جریان, سرریز سیفونی, شبیه سازی عددی, نرم افزار ANSYSSpillways are used in dam projects to convey flood flows and prevent destructive damages of downstream hydraulic systems, while the construction of other types of spillways is restricted, or there is a need to pass great values of flood discharge with a limited head. Siphon spillway is a kind of dam spillways employed in a number of dam reservoirs. This spillway is applied while the space for constructing other types of spillways is restricted, or when there is a need to pass great values of flood discharge with a limited head. One of the most important defects of this spillway is a complicated fluid-structure interaction due to the establishment of different flow regimes inside the spillway. This situation becomes more complicated when the spillway is not connected to the dam, working individually. Despite the importance of the operation of these hydraulic structures, there is a lack of comprehensive research to investigate the hydraulic behavior of these structures and the flow field around and inside them. In the present study, different unsteady flow regimes including sub-atmospheric flow, two-phase flow, and black-water flow and their effects on the hydraulic characteristics of siphon spillways were investigated. For this purpose, ANSYS CFX software was applied to simulate the flow field in such spillways. To validate the obtained flow regimes, via numerical modeling, experimental results of the former studies were used. Results indicated that the pressure fluctuations were mostly greater beneath the inlet and throat of the spillway compared to the other sections.
Keywords: Siphon Spillway, Fluid-Structure Interaction, Computational Fluid Dynamics, Black-Water Flow -
جریان گذرا در لوله سبب رخداد اندرکنش بین دیواره لوله و سیال درون آن می شود که به وسیله یک مدل ریاضی که در آن خط لوله به عنوان یک تیر با بارگذاری ناشی از فشار سیال درون آن است قابل بررسی می باشد. مدل مورد نظر یک خط لوله حاوی جریان سیال است که در بالادست به مخزن و در پایین دست به یک شیر متصل است و با بسته شدن ناگهانی شیر تحت نیروهای ضربه قوچ قرار می گیرد. هدف بررسی امکان ناپایداری در این خط لوله در حالتی است که جابجایی های جانبی نسبتا زیاد و در عین حال کرنش ها کوچک هستند. مدل های متعارف تحلیل دینامیکی در تیرها که بر اساس فرضیات کرنش های بسیار کوچک (ε=∂u⁄∂x) بنا شده اند نمی توانند اثر جابجایی های جانبی زیاد را در معادلات حاکم منعکس کنند. در معادلات حاکم تنش های محوری بصورت خطی و کرنش ها به کمک کرنش غیرخطی فون-کارمن مدل می شوند. معادلات دیفرانسیل جزیی بدست آمده به وسیله روش اجزاء محدود در حوزه زمان حل می شوند. از سوی دیگر معادلات خطی ارتعاش جانبی در لوله بی بعد شده و با رسم نمودارهای فرکانس های بدون بعد در مقابل سرعت بدون بعد سیال، پایداری در حوزه فرکانس بررسی می شود. مشاهده شد که در طولهای گیرداری کوتاه معیار حوزه فرکانس (سرعت بدون بعد π و 2π به ترتیب برای شرایط تکیه گاهی دوسر مفصل و دوسر گیردار) بر سیستم حاکم است و معیار فشار بحرانی کمانش رفتار سیستم را پیش بینی نمی کند.
کلید واژگان: اجزاء محدود غیر خطی, اندرکنش سیال-سازه, تحلیل حوزه فرکانس, ضربه قوچ, ناپایداری سازه ایTransient flow in a pipe would cause interaction between the fluid and the pipe wall. This interaction can be studied by a mathematical model in which the pipe considered as a beam under an applied fluid pressure loading. This model is a fluid filled pipeline that is connected to a tank in the upstream and to a valve in the downstream and undergoes forces of water hammer when there is a sudden closure in the valve. The aim is to study the possibility of instability in this pipeline when there are large lateral displacements and in the meantime small constrains. As conventional dynamic analysis models in beams which are based on the infinitesimal constrain theories (ε=∂u⁄∂x) cannot reflect the effect of large lateral displacements in the governing equations. In the governing equations the axial stresses are modeled as linear stresses and constrains are modeled by so called von Karman constrains as nonlinear constrains. The resulting partial differential equations are solved by the method of finite elements in the time domain. On the other hand the linearized equation of lateral vibration of a pipeline becomes dimensionless and by drawing the dimensionless frequencies versus the dimensionless fluid velocity, the stability of the pipeline is studied in the frequency domain. The results show that in shortly supported spans the frequency domain criterion (dimensionless fluid velocity π and 2π for pinned-pinned and fixed-fixed configurations accordingly) determines the pipeline stability behavior and so does not the critical bulking pressure.
Keywords: Fluid-Structure Interaction, Frequency analysis, non-linear finite element, structural instability, water hammer -
در پژوهش حاضر، رفتار سازه ی تاج و گلوگاه سرریز نیلوفری در هنگام رخداد سیلاب ارزیابی شده است. سازه ی سرریز با استفاده از روش المان محدود و سیال مخزن سد با روش حجم محدود در نرم افزار ANSYS شبیه سازی شده است. رفتار سازه ی سرریز نیلوفری طی سه سناریو شبیه سازی شده است: الف) سناریوی تحلیل استاتیکی مخزن خالی سد، ب) سناریوی تحلیل استاتیکی مخزن پر که جریان روی تاج سرریز وجود ندارد و ج) سناریوی تحلیل دینامیکی اندرکنش سازه سیال. سناریوی (ج) در دو بخش: 1. شروع حرکت جریان سیلاب بر روی سرریز طی گذر زمان و 2. حالتی که جریان سیلاب بر روی سرریز به تعادل رسیده است، تقسیم بندی شده است. تحلیل سازه ی بتنی به صورت خطی انجام شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، بحرانی ترین حالت برای سازه، از لحاظ بیشینه ی تنش کششی به مقدار 5٫3 مگاپاسکال، در بخش اول سناریوی (ج) رخ داده است. همچنین بیشینه ی تنش فشاری به مقدار 12٫3 مگاپاسکال نیز در بخش دوم سناریوی (ج) بوده است.
کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی, اندرکنش سازه و سیال, سرریز نیلوفری, تحلیل عددی سازهIn this research, the behavior of the morning glory crest and throat were investigated in the event of flood. Spillway structure and dam reservoir fluid were respectively simulated using the finite element method and finite volume method in ANSYS software. The morning glory structure's behavior was performed in three scenarios: a) the static analysis scenario of the dam empty reservoir, b) the static analysis scenario of the full reservoir while there is no flow over the spillway crest, and c) the dynamic analysis scenario of structure-fluid interaction in two parts: 1- starting of the flood flow on the morning glory spillway, and 2- the steady state flood flow on the morning glory spillway. The concrete structure analysis was linearly done in all three scenarios. Based on the results, the most critical condition for the structure in terms of maximum tensile stress was 5.3 MPa in the first part of the third scenario. The maximum compressive stress was 12.3 MPa in the second part of the third scenario. Spillways are one of the most important and vital structures in the life of a dam. The efficiency and proper functioning of such structures requires a precise and responsible design. The morning glory spillways have a great deal of importance due to the standing structure inside the dam reservoir. The weight and hydrodynamic loading on the body of spillway concrete structure during a flood complicates the interaction analysis of the structure and the fluid. By using numerical methods in computational fluid dynamics and structural analysis, we will be able to predict the behavior of structure and fluid hydrodynamics parameters. In model's fluid domain, choosing the type of Navier---Stokes equations proportional to the efficient RANS mathematical model of turbulence, is very sensitive. Mainly one equation turbulence models such as the Spalart-Allmaras or two-equation models, such as K-Epsilon or K-Omega, are based on Boussinesq hypothesis. Boussinesq hypothesis explains how to estimate the components of the fluid stress tensor for the above-mentioned turbulence equations. This assumption, by simplifying the computation process, only a in some parts of the fluid domain, analyzes the turbulence as anisotropic.
Keywords: Computational Fluid Dynamics, Fluid-Structure Interaction, Morning Glory Spillway, Structural Analysis -
امروزه با گسترش جمعیت و صنعت، جمع آوری و ذخیره سازی مایعات بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. دخیره مایعات نفتی و شیمیایی ازجمله مواردی هستند که نگهداری آنها نیاز به دقت فراوانی دارد. یکی از سازه های مهم و پرکاربرد جهت ذخیره سازی مایعات در صنعت نفت مخازن فلزی استوانه ایی روزمینی می باشد. اما با توجه به آسیب های عمده ایی که بر اینگونه مخازن در زلزله های گذشته وارد آمده؛ محققین را وادار به درک و پیش بینی بهتری از رفتار لرزه ایی آنها نموده است. از این رو دراین پژوهش به بررسی یکی از آسیب های محتمل برمخازن (پدیده کمانش) تحت بارهای لرزه ای؛ زلزله های بم، گلباف، فیروزآباد، بجنورد، منجیل، طبس و سرعین با در نظرگرفتن اندرکنش سازه و سیال پرداخته شده است. مخازن مورد مطالعه با نسبت های ارتفاع به قطر 5/0 ، 0/1 ، 5/1 و 2 با ضخامت پوسته ثابت و متغیر، درحالت پر، انتخاب شده و روش تحلیل، آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی بوده که توسط نرم افزار اجزاء محدود آباکوس انجام شده است. مقایسه نتایج با آیین نامه API-650، آیین نامه لرزه ایی سازه های صنعت نفت ایران و نیروهای بدست آمده ازتحلیل نشان می دهند افزایش قطر و ارتفاع، هر دو پارامتر موثری درافزایش خطر کمانش الاستوپلاستیک می باشند. همچنین افزایش نسبت ارتفاع به قطر باعث کاهش خطر کمانش الاستوپلاستیک شده و با افزایش مقدار ضخامت پوسته احتمال رخ دادن پدیده کمانش الاستوپلاستیک بسیار کم می شود و طراحی مخازن با آیین نامه های مذکور روش مطمینی برای جلوگیری از کمانش نمی باشدکلید واژگان: مخازن فولادی استوانه ایی, روش اجزاء محدود, کمانش الاستوپلاستیک, تحلیل دینامیکی غیرخطی, اندرکنش سازه و سیالTodays due to expansion of population and industry, the collection and storage of liquids has been paid attention more and more. Saving oil and chemical liquids require great care to maintain it. One of the most important and commonly structures for storing liquids is steel cylindrical above ground tanks. On the other hand, due to damage of tanks in past earthquakes, they persuade scientists to better understand the seismic behavior.As a consequence, this research has been studied examines the phenomenon of buckling under Bam, Golbaf, Firuzabad, Bojnurd, Manjil, Tabas and Sarein eartquakes with regard to the fluid and structure interaction. Tanks were selected with ratio of 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 with fixed and variable thickness in full mode. These Cases were analyzed with non-linear time history analysis by ABAQUS Software.Finally, Compare the results with American petroleum institute regulation (API), Iranian seismic design code for oil industries and forces show, both height and diameter increase to growth the risk of Elastoplastic buckling and also by increasing the height to diameter ratio reduces the risk of Elastoplastic Buckling. The amount of this damage has declined by increasing shell thickness and in the same vein designing these structure by define standards is not safe method.Keywords: Cylindrical Steel Tanks, Finite Elements Method, Elastoplastic Buckling, Nonlinear dynamic analysis, Fluid Structure Interaction
-
یکی از مهمترین اجزای سامانه های آبرسانی، مخازن ذخیره مایعات است. به هنگام وقوع زلزله، اندرکنش آب و سازه در مخازن ذخیره مایعات و پدیده حرکت سطح آزاد سیال تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقادیر پاسخ سازه دارد. با توجه به اهمیت اثرات زلزله های حوزه نزدیک و تاثیر آنها بر رفتار لرزه ای و بارهای وارد به سازه-ها، در این مطالعه، نحوه حرکت امواج سطحی و ارتفاع آنها در مخازن مستطیلی بتنی در حالت دو بعدی تحت زلزله های حوزه دور و نزدیک با استفاده از روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. اثر ابعاد مخزن، عمق آب و مشخصات زلزله بر حداکثر ارتفاع موج سطحی با لحاظ نمودن 9 تیپ مخزن و 10 رکورد زلزله حوزه دور و نزدیک انجام می گیرد. بر اساس نتایج حاصل از این مطالعه، میانه مقادیر حداکثر ارتفاع نوسانات سطح سیال در زلزله های حوزه نزدیک نسبت به حوزه دور افزایش قابل توجهی دارد به گونه ای که متوسط این افزایش ارتفاع در مخازن به طول 20، 40 و 60 متر به ترتیب 65، 77 و 100 درصد است. همچنین با افزایش عمق سیال و عرض مخزن، میانه حداکثر ارتفاع نوسانات به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. در مخازن تحت زلزله های حوزه دور، ارتفاع نوسانات مایع بیشترین همبستگی را با پارامتر ARIAS و در مخازن تحت زلزله های حوزه نزدیک با پارامتر PGV نشان داد. با توجه به نتایج این تحقیق می توان ضرایب اصلاحی برای روابط ارایه شده در آیین نامه ها پیشنهاد داد که اثرات زلزله های حوزه نزدیک را در محاسبه حداکثر ارتفاع نوسانات سیال در نظر گیرند.کلید واژگان: مخازن آب, اندرکنش آب و سازه, نوسانات سطح سیال, روش لاگرانژی, رفتار لرزه ایOne of the most important components of water supply systems is the liquid storage tanks. During an earthquake, the interaction of fluid and structure in the liquid storage tanks and the sloshing phenomenon has a significant effect on the response values of the structure. Regarding the importance of the effects of near-fault earthquakes and their effect on seismic behavior and structures loads, in this study, the sloshing height and vibration of 2D concrete rectangular tanks under near- and far-field earthquakes was investigated using numerical methods. The effect of tank's dimensions, depth of water and ground motion characteristics on the maximum sloshing height was taken into account. Therefore, 9 tank models and 10 near- and far-field ground motion records were considered. The results indicated that the median values of maximum sloshing height in the near-field records are significantly higher than those related to far-field records. The average of increase of sloshing heights in tanks with lengths 20, 40 and 60 meters is 65, 77 and 100 percentage respectively. Also, with increase of fluid depth and tank width, the median of the maximum sloshing height increases and decreases respectively. In tanks, subjected to far- and near-field earthquakes, sloshing height had the highest correlation with Arias Intensity and PGV respectively. According to the results of this research, correction coefficients for the relations presented in the codes can be proposed to consider the effects of near-field earthquakes in calculating the maximum sloshing height.Keywords: Liquid storage tanks, Fluid- structure interaction, Sloshing, Lagrangian method, Seismic behavior
-
در این تحقیق پاسخ لرزه ای مخازن فولادی دخیره آب با احتساب اندرکنش سد و مخزن به روش لاگرانژی – اویلری تحت اثر هم زمان مولفه های انتقالی و دورانی زمین لرزه برای نسبت ارتفاع به قطرهای مختلف مخزن مورد بررسی قرار گرفته است. بارگذاری لرزه ای مشتمل بر سه مولفه انتقالی و سه مولفه دورانی زمین لرزه بوده است. ابتدا مولفه های دورانی زلزله با استفاده از مولفه های انتقالی به دست آمده و سپس تحلیل های لرزه ای با در نظر گرفتن این مولفه ها و بدون آن ها انجام گرفته است. در برآورد مولفه های دورانی وابستگی سرعت و زاویه برخورد موج به فرکانس در نظر گرفته شده است. اندرکنش آب و سازه در تحلیل ها با احتساب تراکم پذیری سیال و مرزهای جاذب انرژی در نظرگرفته شده است. نتایج نشان می دهند که با اعمال مولفه های دورانی ، مقادیر بیشینه تغییرمکان ها و تنش ها کاهش می یابند و همینطور توزیع آنها نیز تغییر می کند. این کاهش برای مخازن خالی به مراتب بیشتر بوده است. همینطور با افزایش ارتفاع مخزن اثرات کاهنده ی مولفه های دورانی در پاسخ لرزه ای مخازن کاهش یافته و مقادیر پاسخ در تحلیل با اعمال مولفه های دورانی به مقادیر پاسخ در حالت تحلیل با مولفه های انتقالی نزدیک می گردد. نتایج تحلیل ها نشانگر اهمیت احتساب مولفه های دورانی زمین لرزه در آنالیز و طراحی این نوع از سازه ها می باشند.کلید واژگان: مولفه های دورانی زمین لرزه, مخزن فولادی زمینی, اندرکنش آب و سازه, تحلیل لرزه ایThe present study deals with the seismic analysis of cylindrical liquid tanks, taking the rotational components of the earthquake into account for various ratios of reservoir height to diameters of tanks. While defining actual kinematic behavior of any point requires incorporating the rotational components of ground motions, as well as the translational components, however majority of studies ignore the effects of rotational components. Here we propose a methodology to evaluate the rotational components of the earthquake based on the translational components. Since the earthquake waves are mainly created by ground movements in fault direction and such kind of movements leads to creation of the shear waves, potential functions of SV and SH waves are used to evaluate the rocking and torsion components, respectively.
For this purpose, a transitional component of ground motion using frequency discrete Fourier transformed to discrete frequency and G value for each frequency determined. Then, the incident angle of the wave was calculated for each frequency. After determining the incident angle, Fourier spectrums of rocking and torsion components of ground motion were calculated. Finally, the inverse of Fourier conversion time histories of rocking and torsion components of ground motion were calculated. The methodology introduced to evaluate time history of rocking and torsion components of ground motion was coded in MATLAB software. In order to verify the proposed methodology, the rotational components of San Fernando earthquake were determined based on the proposed model and compared to Li and Liang's results. The results differed only for about 3% which could be attributed to the different wave velocities and incident angles. In Li's model, the incident angle and apparent wave velocity was supposed to be constant while in the present study the incident angle and apparent wave velocity were variable based on each frequency Then, the rotational components of San Fernando, Tabas and Taft earthquakes were calculated based on the proposed model and the results were used in dynamic analysis of the tanks. Finally, seismic analyses of cylindrical liquid tanks were presented to evaluate the effects of rotational components on the seismic response of the tanks. The time history method was employed for dynamic analysis of the structure considering fluid-structure interaction. The complete fluid structure interaction was considered in analyses taking account the compressibility of fluid . Fluid domain behavior implies small displacements of inviscid compressible fluid with irrotational motion. Water compressibility has a significant impact on the fluid-structure interaction for a wide range of ratios in natural frequencies of structure to fluid domain.
It is evident that the distribution of displacements and stress is very sensitive to the rotational components of the earthquake. Applying rotational components of earthquake may alter the maximum displacement values, as well as the pattern of displacements distribution in all three directions. Incorporation of rotational components will lead to decreases in the maximum stress and displacement. This reduction in responses is more obvious in the empty tanks. An increase in the height of the tanks can boost the effects of rotational components on the structure. Results indicate that it is necessary to take rotational components of the earthquake into account while designing and analyzing cylindrical liquid tanks.Keywords: rotational components of earthquake, liquid storage tanks, fluid structure interaction, seismic analysis -
Experimental and numerical study of the response of cylindrical steel tanks under seismic excitationTo improve the structural seismic response of liquid storage tanks, in the last 50 years, many researchers have developed different mathematical models, ranging from those based on discrete elements such as simplified two-mass models to those involving fluidstructure interactions by complex formulations. To provide a broad overview on the scope and accuracy of different numerical linear models, in this paper, a comparative study based on the dynamic response assessment of cylindrical ground-supported containers under seismic excitation is conducted. The dynamic response in terms of liquid sloshing height, base shear force and overturning moment is analysed by means of: (a) a simplified mechanical model in which the behaviour of the liquid is represented by a discrete mass-spring system; (b) a complex model based on a Lagrangian fluid finite element approximation and (c) an experimental scaled model whose measured response is considered as benchmark. To obtain robust estimators of the structural response, three different types of cylindrical tanks, including broad and slender tanks, subjected to real ground acceleration time-histories are studied. The results indicate that the finite element model gives good approximation for all response parameters and the simplified mechanical model underestimate the sloshing height and overestimate base shear force and overturning moment.Keywords: Cylindrical steel tanks, Fluid–structure interaction, Simplified mechanical model, Finite element model, Experimental model
-
تغییر مکان های نسبی و شتاب ایجاد شده در مخازن محتوی مایع حین زلزله، از عوامل ایجاد صدمه در این نوع سازه ها می باشند. جهت کاهش عوامل فوق و به تبع آن کاستن خسارت وارده به این سازه های ویژه می توان از سیستم های جداگر لرزه ای استفاده نمود که، به عنوان یکی از مناسب ترین گزینه های مهندسی زلزله در زمینه کنترل غیرفعال بشمار می رود. در این پژوهش سعی می شود که رفتار مخازن مستطیلی جداسازی شده پایه تحت اثر زلزله های مختلف با استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی بررسی گردد که بدین منظور، دو مخزن لاغر و چاق برای دو حالت پایه ثابت و پایه جداسازی شده با جداگرهای سربی-لاستیکی دارای سختی های مختلف، شامل جداساز سخت و نرم در نظر گرفته می شود. در مدل توسعه داده شده با کاربرد المان های محدود با رفتار پوسته ای برای سازه مخزن، المان های مرزی داخلی برای سیال درون مخزن و المان های هیسترتیک با رفتار دوخطی برای جداگرها، آنالیز مخزن انعطاف پذیردر قلمرو فرکانس و زمان انجام می شود. در ادامه تاثیر جداسازهای لرزه ای بر پاسخ لرزه ای سازه شامل فرکانس طبیعی و تغییر مکان امواج متلاطم سطحی، برش پایه و لنگر واژگونی، و فشار دینامیکی وارد بر جداره مخرن تحت اثر تحریک هارمونیک و زلزله واقعی بررسی شده است.کلید واژگان: مخزن مستطیلی, جداسازی لرزه ای, تلاطم سطح آزاد, اندرکنش آب و سازه, پاسخ لرزه ایReal accelerations and subsequent wall diaplecements appear as the main damage Factors in liquid storage tanks. Base-isolation systems, as the most appropriate earthquake engineering options in passive control, can be used to reduce these factors and following destruction of these special structures. In this paper, the dynamic behavior of base-isolated rectangular tanks is studied under different ground motions in which, two tanks (one broad and one slender) with fixed-base and LRB base-isolatiors including different stiffnesses, i.e. stiff and flexible, are considered. In the developed model, finite elements and boundary elements for the shell and liquid domains and nonlinear hysteretic elements for isolation system are respectively employed to perform the analysis of the flexible tank in frequency and time domains. Further, the effect of base-isolators on the seismic response of the whole system including natural frequency, liquid sloshing height, base shear and moment and dynamic pressure on the tank shell, under harmonic and real earthquake has been inspected.Keywords: Rectangular tank, Seismic isolation, Sloshing, Fluid–structure interaction, Seismic response
-
تاثیر نوسانات فشار بر شکست هیدرولیکی در تونل های تحت فشار با روباره کمدر تحقیق حاضر با استفاده از روش اجزای محدود، اندرکنش سیال، سازه و سنگ در تونل تحت فشاری با پوشش بتنی در حالت دوبعدی مدل سازی می شود. سیال داخل تونل با استفاده از المان های آکوستیک که قابلیت شبیه سازی فشار های هیدرودینامیکی را دارند، مدل سازی می شود. با اعمال فشار در دو حالت پایدار و گذرا و درنظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه، به بررسی نحوه ترک خوردگی سنگ اطراف پوشش به عنوان مستعدترین مکان برای بروز این پدیده مخرب پرداخته می شود. برای تحلیل جریان سیال در دو حالت پایدار و گذرا از نرم افزار HAMMER استفاده می شود. سپس بارگذاری های هیدرولیکی، به منظور تحلیل تنش به نرم افزار ABAQUS انتقال داده می شود. برای بررسی ترک خوردگی المان های سنگ اطراف پوشش از معیار شکست موهر-کولمب استفاده می شود. با اعمال فشار آب به تونل در حالت پایدار، حداقل میزان روباره برای ترک نخوردن سنگ مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت با تغییر روباره موجود در روی تونل به بررسی تاثیر افزایش ارتفاع روباره بر شکست هیدرولیکی، در صورت بروز جریان های گذرا در داخل تونل پرداخته می شود و نتایج در قالب نمودار هایی ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که در حالت جریان گذرا، افزایش روباره الزاما راه کاری ایمن برای جلوگیری از بروز پدیده مخرب شکست هیدرولیکی نیست.کلید واژگان: تونل تحت فشار, شکست هیدرولیکی, فشارهای گذرا, اندرکنش سازه و سیال, روبارهEffects of Pressure Fluctuations on Hydraulic Jacking in Pressurized Tunnels with Low OverburdenIn the present study, fluid, structure and soil interactions in a pressurized water tunnel were modeled by a two-dimensional finite element method, using the ABAQUS software. The tunnel lining was considered as a roughening coverage to decrease the roughness coefficient and to increase the flow velocity. The mechanical parameters of surrounding rock were assumed as weak as possible compared to the tunnel concrete lining. Water flow inside the tunnel was modeled, using acoustic elements that are capable of simulating the hydrodynamic forces. Accordingly, the mechanism of crack development in the surrounding rock as the most probable place to prone this destructive phenomenon is studied applying both steady state and transient flow conditions, considering fluid-structure and rock interactions. Steady state and transient flow analyses were performed using the HAMMER software. The resulting loads obtained from the hydraulic analyses by HAMMER software were transmitted to the ABAQUS software for structural analyses. The stress analysis of cracked elements of the surrounding rock was carried out based on Mohr-Coulomb fracture criterion. The least values of the overburden to prevent failure due to the hydraulic jacking were evaluated by imposing the flow pressure in both steady and transient flow states. Finally, the effects of increasing height of the overburden on the hydraulic jacking phenomenon were investigated considering transient flow conditions. Results indicate that, with respect to the positions of surrounding rock elements, providing an extra overburden over the tunnel is not essentially a safe solution for the predication of hydraulic jacking phenomenon in rock around a tunnel.Keywords: Pressurized tunnel, Hydraulic jacking, Transient flow pressure, Fluid-structure interaction, Overburden
-
سدهای لاستیکی، سازه های انعطاف پذیراستوانه ای هستند که به فنداسیون صلب متصل می شوند. سدهای لاستیکی تحت فشار داخلی، ناشی از آب یا هوا، در حالت برافراشته مورد بهره برداری قرار می گیرند. مساله ی تغییر شکل های بزرگ ناشی از فشارهای داخلی و خارجی باعث غیرخطی شدن معادلات حاکم بر رفتار سد لاستیکی می شود. حل رابطه ی دیفرانسیلی تغییر شکل حاکم بر این نوع سازه از پیچیدگی های خاصی برخوردار است. بر این اساس در مطالعه ی حاضر به بررسی رفتار سه بعدی سدهای لاستیکی با اعمال شرایط مرزی برای سازه و سیال به کمک نرم افزار ANSYS پرداخته می شود. در این نرم افزار با حل هم زمان مساله ی سیال و سازه، سطح آزاد آب در جریان عبوری از روی سد و تغییر شکل سد با در نظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه به دست می آید. نظر به انعطاف پذیربودن سازه، از حل تغییر شکل های بزرگ بهره گیری می شود. با حل همز مان معادلات اندرکنش سیال-سازه مشخصه های میدان جریان شامل منحنی های خطوط جریان و پروفیل های سرعت و فشار استخراج می شود. در ادامه نتایج مربوط به میدان جریان با مشخصه های هیدرودینامیکی جریان در سرریزهای تاج دایره ای حاصل مطالعات آزمایشگاهی محققین پیشین مقایسه می شود. بررسی نتایج نشان می دهد. رفتار جریان در روی سدهای لاستیکی در حالت تعادل با وجود تغییر شکل های نسبتا بزرگ مشابه سرریزهای تاج دایره ای استکلید واژگان: سدهای لاستیکی, اندرکنش سیال و سازه, میدان جریان, پروفیل سرعت, فشارRubber dams are flexible cylindrical structures, attached to a rigid base, and are inflated with air and/or water. Most of the rubber dams are permanently inflated, however, they have the advantages of deflating and being flat, when they are not needed, and then inflated in a short period of time when they are required. Large deformation of the membrane due to the internal and external loads, makes the governing equations of such problem to be non-linear and complicated. In the present study, three-dimensional behavior of the rubber dams with respect to the boundary conditions of dam and flow was simulated numerically. Dam geometry and flow hydraulics were modeled, using ANSYS software, CFX and transient structural in workbench environment, simultaneously. Flow hydraulic characteristics and deformation of the dam are obtained, considering fluid-structure interaction. Water free-surface was obtained, applying two-phase air-water flow interface. SST turbulence model in CFX was employed for modelling the separation of flow, downstream of the inflatable dams. Due to the flexibility of the structure, large deformation theory was used in the transient structural solution. Consequently, different features of the flow field, including flow streamlines, velocity and pressure profiles are obtained and compared with those of the rigid circular-crested weirs. Results indicated that the flow hydraulic characteristics over the equilibrium shape of the rubber dams is analogous to those of the rigid circular-crested weirs.Keywords: Discharge Coefficient, Fluid-Structure Interaction, Large Deformation, Rubber Dam
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.