%38تخفیف

دانلود پروژه:تحلیل دینامیکی مخازن هوایی آب و سنجش حساسیت پاسخ­ها نسبت به تغییر در پارامترهای طراحی

تعداد 119 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir

گرایش سازه­های هیدرولیکی

 

تحلیل دینامیکی مخازن هوایی آب و سنجش حساسیت پاسخ­ها نسبت به تغییر در پارامترهای طراحی

چکیده

مخازن ذخیره آب با توجه به این که عموماً وظیفه­ی تأمین نیاز آب مصرفی شهرها را دارند، از جمله سازه­های مهمی هستند که رفتار آن­ها در زمان زلزله از اهمیت زیادی برخوردار است. پس از آسیب دیدن مخازن و سدهای بزرگ در اثر زلزله، توجه پژوهشگران بسیاری به تحلیل لرزه­ای این سازه­ها، با در نظر گرفتن اثرات اندرکنشی سیال و سازه معطوف گشته، و منجر به مدل­سازی­های عددی و نیز پژوهش­های آزمایشگاهی فراوان در زمینه­ی رفتار این سازه­ها شده است.

در این مطالعه، پس از معرفی مخازن و بارهای وارد بر آن­ها، مطالعات و پژوهش­های صورت گرفته بر روی این سازه­ها مورد بررسی قرار گرفته است. پس از بررسی پژوهش­های پیشین، جهت مدل­سازی عددی این مخازن، ابتدا چند مسأله­ی ساده که دارای پاسخ­های دینامیکی اثبات شده هستند، در نرم­افزار ANSYS مدل­سازی و تحلیل شده­اند تا میزان صحت پاسخ­های نرم­افزار مورد سنجش قرار گیرد. این مسائل شامل یک تیر دو سر مفصل، یک ستون یک سر گیردار و نیز یک المان دوبعدی سیال می­شوند.

پس از کسب اطمینان از صحت نتایج نرم­افزار، یک مخزن زمینی دوبعدی مستطیلی، که در    پژوهش­های پیشین مورد تحلیل قرار گرفته است، در نرم­افزار مدل شده و نتایج تحلیل دینامیکی بر روی آن با نتایج ارائه شده در پژوهش مورد نظر، مقایسه شده است. با اضافه کردن پایه به این مخزن، مدلی برای مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی ارائه شده و بر روی آن آنالیز حساسیت نسبت به تغییر در پارامترهای طراحی، صورت گرفته است.

سپس یک مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای، با توجه به مشخصات ارائه شده در پژوهش­های پیشین، در برنامه مدل شده و صحت نتایج حاصل از تحلیل، مورد بررسی قرار گرفته است. با اضافه نمودن پایه، مدلی برای یک مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای ارائه شده و نتایج تحلیل دینامیکی و میزان حساسیت پاسخ­های این مخزن نسبت به تغییر در پارامترهای طراحی، مورد بررسی قرار گرفته است. در گام نهایی، مدلی برای مخازن دارای بیش از یک پایه ارائه شده و نتایج تحلیل دینامیکی بر روی این سازه­ها ارائه شده است.

کلمات کلیدی: مخزن ذخیره آب، مخزن مستطیلی، مخزن استوانه­ای، تحلیل دینامیکی مودال، تحلیل حساسیت

فهرست مطالب

فهرست شکل­ها الف

فهرست جدول­ها ت

فصل اول: مخازن ذخیره مایعات

1ـ1 پیشگفتار. 2

1ـ2 سیستم سازه­ای مخازن.. 5

1ـ2ـ1 سیستم سازه­ای سقف5

1ـ2ـ2 سیستم سازه­ای دیوار. 6

1ـ2ـ3 سیستم سازه­ای کف7

1ـ2ـ4 سیستم سازه­ای مقاوم در برابر نیروهای زلزله. 7

1ـ3 بارگذاری مخازن.. 8

1ـ3ـ1 بارهای استاتیک9

1ـ3ـ2 بارهای دینامیک9

1ـ3ـ2ـ1 روش تحلیل استاتیکی معادل.. 9

1ـ3ـ2ـ2 روش تحلیل دینامیکی.. 11

1ـ3ـ2ـ3 روش شبه دینامیکی.. 13

1ـ4 نیروهای هیدرودینامیک در مخازن.. 14

1ـ5 خلاصه فصل اول.. 14

 

فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده در زمینه­ی رفتار دینامیکی مخازن

2ـ1 پیشگفتار. 16

2ـ2 تحلیل دینامیکی مخازن هوایی.. 17

2ـ2ـ1 مدل جرم فشرده­ی مجرد. 17

2ـ2ـ2 روش­های مدل­سازی و تحلیل سیستم سازه ـ سیال.. 20

2ـ2ـ2ـ1 مدل­های ساده شده. 20

2ـ2ـ2ـ2 روش جرم افزوده. 23

2ـ2ـ3 روش­های مدل­سازی و تحلیل سیستم سیال ـ سازه ـ خاک25

2ـ2ـ3ـ1 مدل­سازی سیستم خاک ـ سازه. 25

2ـ2ـ3ـ2 تحلیل دینامیکی.. 27

2ـ2ـ4 مقایسه انواع روش­های تحلیل دینامیکی.. 29

2ـ3 بررسی اثر انعطاف­پذیری دیواره مخزن.. 30

2ـ3ـ1 تحلیل دینامیکی مخزن با دیوار صلب30

2ـ3ـ2 تحلیل دینامیکی مخزن با دیوار انعطاف­پذیر. 34

2ـ3ـ3 تأثیر انعطاف­پذیری دیوار مخزن.. 36

2ـ4 پژوهش­های آزمایشگاهی بر روی مخازن.. 37

2ـ5 خلاصه فصل دوم. 41

فصل سوم: مدل­سازی و صحت­سنجی چند مسأله بنیادین

3ـ1 پیشگفتار. 44

 

3ـ2 مدل­سازی یک تیر دو سر مفصل و تحلیل ارتعاش آزاد سازه. 44

3ـ3 مدل­سازی یک ستون با تکیه­گاه گیردار و تحلیل ارتعاش آزاد سازه. 48

3ـ4 مدل­سازی یک المان دو بعدی سیال و تحلیل ارتعاش آزاد سیال.. 51

3ـ5 خلاصه فصل سوم. 54

فصل چهارم: مدل­سازی مخزن دو بعدی مستطیلی

4ـ1 مقدمه. 56

4ـ2 مخزن زمینی دوبعدی مستطیلی.. 56

4ـ2ـ1 معادله و شرایط مرزی حاکم بر سیال.. 57

4ـ2ـ2 معادله و شرایط مرزی حاکم بر سازه. 57

4ـ2ـ3 شرایط مرزی اندرکنشی.. 59

4ـ2ـ4 نتایج عددی.. 60

4ـ3 مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی.. 64

4ـ3ـ1 صحت­سنجی اولیه. 65

4ـ3ـ2 مدل پیشنهادی.. 66

4ـ3ـ3 آنالیز حساسیت68

4ـ3ـ3ـ1 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به پایه مخزن.. 68

4ـ3ـ3ـ2 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به دیوارهای مخزن.. 69

4ـ3ـ3ـ3 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به کف مخزن.. 70

4ـ3ـ3ـ4 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به سیال.. 71

 

4ـ4 خلاصه فصل چهارم. 72

فصل پنجم: مدل­سازی مخزن سه­بعدی استوانه­ای

5ـ1 مقدمه. 75

5ـ2 مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای.. 75

5ـ2ـ1 معرفی مدل مخزن.. 75

5ـ2ـ2 نتایج عددی.. 76

5ـ2ـ2ـ1 مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای خالی.. 77

5ـ2ـ2ـ2 مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای پر. 79

5ـ3 مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای تک پایه. 82

5ـ3ـ1 مقدمه. 82

5ـ3ـ2 مدل پیشنهادی.. 82

5ـ3ـ3 آنالیز حساسیت بر روی مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای تک پایه. 84

5ـ3ـ3ـ1 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به پایه مخزن.. 84

5ـ3ـ3ـ2 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به دیوارهای مخزن.. 85

5ـ3ـ3ـ3 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به کف مخزن.. 86

5ـ3ـ3ـ4 سنجش حساسیت نتایج نسبت به تغییر پارامترهای مربوط به سیال.. 87

5ـ4 مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای چند پایه. 88

5ـ4ـ1 مدل پیشنهادی.. 88

5ـ4ـ2 نتایج عددی.. 89

 

5ـ4ـ3 بررسی اثر تعداد پایه­ها 93

5ـ5 خلاصه فصل پنجم.. 94

فصل ششم: نتیجه­گیری و ارائه پیشنهادات تحقیقاتی

6ـ1 نتیجه­گیری.. 97

6ـ2 پیشنهاداتی برای مطالعات آینده. 99

منابع و مراجع.. 100

فهرست شکل­ها

فصل اول: مخازن ذخیره مایعات

شکل 1ـ1 نمونه­ای از مخازن ذخیره مایعات.. 2

شکل 1ـ2 کمانش الماسی شکل در مخازن فولادی [3] 3

شکل 1ـ3 تغییرشکل پافیلی در مخازن فولادی [3] 4

شکل 1ـ4 مخزن فولادی آتش گرفته. 4

شکل 1ـ5 شکست مخزن ذخیره بتنی. 5

شکل 1ـ6 پلان سیستم سازهای دیوار مخازن مستطیلی. 7

شکل 1ـ7 پلان مخزن مستطیلی [7] 8

فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده در زمینه­ی رفتار دینامیکی مخازن

شکل 2ـ1 انواع مخازن هوایی و مدل جرم فشرده مجرد. 17

شکل 2ـ2 سطح مقطع عمودی مخزن هوایی بتن مسلح برای تحلیل دینامیکی [10] 19

شکل 2ـ3 مقادیر سختی و جرم محاسبه شده برای مدل جرم فشرده­ی مجرد. 19

شکل 2ـ4 مدل جرم و فنر مخزن [10] 20

شکل 2ـ5 مدل دو جرمی هوزنر برای مخازن هوایی [10] 21

شکل 2ـ6 مقادیر سختی و جرم برای مدل­های ساده شده 22

شکل 2ـ7 مش­بندی اجزاء محدود سیستم سازه ـ سیال برای روش جرم افزوده [10] 24

شکل 2ـ8 مدل مکانیکی ساده شده برای مخازن هوایی بر اساس اندرکنش سیال ـ سازه ـ خاک [10] 26

شکل 2ـ9 مدل در نظر گرفته شده برای اندرکنش سازه ـ خاک پی [10] 27

شکل 2ـ10 مدل اجزای محدود برای سیستم سیال ـ سازه ـ خاک [10] 28

شکل 2ـ11 مقادیر برش پایه بدست آمده  برای 9 مدل تحلیل شده 29

شکل 2ـ12 مخزن مستطیلی ساده 31

شکل 2ـ13 مش­بندی المان محدود برای مخزن با عرض واحد با فرض دیوار صلب [18] 31

شکل 2ـ14 فشار ضربه­ای بدون بعد بر روی دیوار مخزن مستطیلی حاوی سیال [18] 32

شکل 2ـ15 فشار همرفتی بدون بعد بر روی مخزن مستطیلی حاوی سیال [18] 32

(الف)

شکل 2ـ16 توزیع مقادیر فشار هیدرولیکی با فرض صلب بودن دیوار [18] 34

 

شکل 2ـ17 مش­بندی المان محدود برای عرض واحد با فرض انعطاف­پذیر بودن دیوار مخزن [18] 35

شکل 2ـ18 توزیع فشار هیدرودینامیک بدست ­آمده با فرض انعطاف­پذیر بودن دیوار 36

شکل 2ـ19 توزیع نیروهای هیدرودینامیک بدست آمده از پژوهش دوگانگون و لیواگلو [18] 37

شکل 2ـ20 دستگاه­های انجام آزمایش برای مخزن مستطیلی. 38

شکل 2ـ21 مخزن کروی هوایی. 40

 فصل سوم: مدل­سازی و صحت­سنجی چند مسأله بنیادین

شکل 3ـ1 تیر ساده 44

شکل 3ـ2 مشخصات تیر ساده­ی تحلیل شده توسط نرم­افزار 45

شکل 3ـ3 مودهای ارتعاشی تیر ساده 47

شکل 3ـ4 ستون با تکیه­گاه گیردار 48

شکل 3ـ5 مشخصات ستون تحلیل شده توسط نرم­افزار 49

شکل 3ـ6 مودهای ارتعاشی ستون با تکیه­گاه گیردار 50

شکل 3ـ7 المان دو بعدی سیال. 51

شکل 3ـ8 مشخصات المان سیال تحلیل شده توسط نرم­افزار 52

شکل 3ـ9 تغییرات فشار در عمق المان دو بعدی سیال برای 5 مود اول ارتعاش.. 53

 فصل چهارم: مدل­سازی مخزن دو بعدی مستطیلی

شکل 4ـ1 مخزن زمینی دوبعدی مستطیلی با دو دیوار انعطاف­پذیر، کف صلب و سطح آزاد [2] 56

شکل 4ـ2 دیوارهای در مجاورت سیال [2] 58

شکل 4ـ3 منحنی همگرایی پاسخ­ها برای مخزن زمینی دوبعدی مستطیلی. 61

شکل 4ـ4 تغییرات فشار در عمق مخزن زمینی دوبعدی برای 5 مود اول ارتعاش.. 62

شکل 4ـ5 توزیع فشار هیدرودینامیک نرمال شده بر روی دیوارهای مخزن زمینی دوبعدی مستطیلی. 63

شکل 4ـ6 مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی با دو دیوار انعطاف­پذیر و سطح آزاد. 64

شکل 4ـ7 تغییرات فشار در عمق مخزن هوایی دوبعدی برای 5 مود اول ارتعاش.. 66

شکل 4ـ8 مدل در نظر گرفته شده برای آنالیز حساسیت مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی. 67

شکل 4ـ9 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر قطر و ارتفاع پایه مخزن. 69

شکل 4ـ10 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر عرض و ارتفاع دیوارهای مخزن. 70

(ب)

شکل 4ـ11 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر ضخامت کف مخزن. 71

 

شکل 4ـ12 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تراکم­پذیری سیال و میزان پر شدگی مخزن. 72

فصل پنجم: مدل­سازی مخزن سه­بعدی استوانه­ای

شکل 5ـ1 مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای با دیوارهای انعطاف­پذیر، کف صلب و سطح آزاد [28] 76

شکل 5ـ2 تغییرات فشار در عمق مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای برای 5 مود اول ارتعاش.. 81

شکل 5ـ3 مدل در نظر گرفته شده برای آنالیز حساسیت مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای.. 83

شکل 5ـ4 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر قطر و ارتفاع پایه مخزن. 85

شکل 5ـ5 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر ضخامت و ارتفاع دیوارهای مخزن. 86

شکل 5ـ6 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تغییر ضخامت و عرض کف مخزن. 87

شکل 5ـ7 میزان حساسیت فرکانس مود اول نسبت به تراکم­پذیری سیال و میزان پر شدگی مخزن. 88

شکل 5ـ8 مدل در نظر گرفته شده برای مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای با 8 پایه. 89

شکل 5ـ9 تغییرات فشار در عمق مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای 8 پایه برای 4 مود اول ارتعاش.. 90

شکل 5ـ10 توزیع فشار هیدرودینامیک نرمال شده بر روی دیوارهای مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای 8 پایه برای مخزن پر. 91

شکل 5ـ11 توزیع فشار هیدرودینامیک نرمال شده بر روی دیوارهای مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای 8 پایه برای مخزن نیمه پر. 92

شکل 5ـ12 مدل در نظر گرفته شده برای مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای با 4 پایه. 93

شکل 5ـ13 توزیع فشار هیدرودینامیک نرمال شده بر روی دیوارهای مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای 4 پایه. 94

(پ)

فهرست جدول­ها

فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده در زمینه­ی رفتار دینامیکی مخازن

جدول 2ـ1 مشخصات خاک بستر [10] 19

جدول 2ـ2 نتایج بدست آمده از تحلیل مدل­های جرم فشرده­ی مجرد برای چهار نوع خاک بستر [10] 20

شکل 2ـ6 جدول 2ـ3 پارامترهای روش هوزنر برای مدل­سازی با سیستم جرم و فنر [15] 22

جدول 2ـ4 نتایج بدست آمده از مدل­های ساده شده دو جرمی برای چهار نوع خاک [10] 23

جدول 2ـ5 نتایج بدست آمده از مدل­های اجزای محدود. 25

جدول 2ـ6 نتایج بدست آمده از مدل­های اجزای محدود. 25

جدول 2ـ7 نتایج بدست آمده با در نظر گرفتن اندرکنش سیال ـ سازه ـ خاک برای چهار نوع خاک مختلف [10] 28

 فصل سوم: مدل­سازی و صحت­سنجی چند مسأله بنیادین

 جدول 3ـ1 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل دستی و تحلیل نرم­افزاری برای تیر ساده 46

جدول 3ـ2 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل دستی و تحلیل نرم­افزاری برای ستون با تکیه­گاه گیردار 49

جدول 3ـ3 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل دستی و تحلیل نرم­افزاری برای المان دو بعدی سیال. 52

 فصل چهارم: مدل­سازی مخزن دو بعدی مستطیلی

جدول 4ـ1 مشخصات مصالح مخزن زمینی دوبعدی تحلیل شده در نرم­افزار [2] 60

جدول 4ـ2 مقایسه فرکانس مود اول برای مخزن زمینی دوبعدی در حالت مخزن پر. 61

جدول 4ـ3 مشخصات مخزن هوایی دوبعدی تحلیل شده در نرم­افزار 65

جدول 4ـ4 مشخصات هندسی مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی جهت حساسیت سنجی. 67

جدول 4ـ5 مشخصات مصالح مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی تحلیل شده در نرم­افزار 67

جدول 4ـ6 فرکانس­های مخزن هوایی دوبعدی مستطیلی در حالت پر جهت حساسیت سنجی. 68

 فصل پنجم: مدل­سازی مخزن سه­بعدی استوانه­ای

جدول 5ـ1 هندسه و مشخصات مصالح مخزن زمینی سه­بعدی استوانه­ای تحلیل شده در نرم­افزار 76

جدول 5ـ2 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل نرم­افزاری با مقادیر مطالعات پیشین برای مخزن خالی با المان Shell 77

جدول 5ـ3 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل نرم­افزاری با مقادیر مطالعات پیشین برای مخزن خالی با المان Solid. 78

جدول 5ـ4 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل نرم­افزاری با با المان­های Shell و Solid برای مخزن خالی. 79

(ت)

جدول 5ـ5 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل نرم­افزاری با مقادیر مطالعات پیشین برای مخزن پر با المان Shell 80

 

جدول 5ـ7 مقایسه فرکانس­های حاصل از تحلیل نرم­افزاری با با المان­های Shell و Solid برای مخزن پر. 80

جدول 5ـ8 مشخصات هندسی مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای تک پایه جهت حساسیت سنجی. 83

جدول 5ـ9 مشخصات مصالح مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای تک پایه تحلیل شده در نرم­افزار 83

جدول 5ـ10 فرکانس­های مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای در حالت پر جهت حساسیت سنجی. 84

جدول 5ـ11 مشخصات هندسی مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای با 8 پایه. 89

جدول 5ـ12 مشخصات مصالح مخزن هوایی سه­بعدی استوانه­ای با 8 پایه. 89

جدول 5ـ13 پاسخ­های فرکانسی سازه برای مقادیر مختلف آب درون مخزن. 90

جدول 5ـ14 مقایسه مقدار فرکانس­ها برای مخازن با 8 پایه و 4 پایه. 93

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo