اما مهم‌ترین عیب در یک قطعه جوشکاری شده، تولید تنش و تغییر شکل پسماند[1] در قطعه است. در عملیات جوشكاری، بعد از مرحله سرد شدن جسم، تنش‌هایی در آن باقی می‌ماند كه به آن‌ها تنش‌های پسماند می‌گویند. این تنش‌ها و همچنین تغییر شکل‌های ناخواسته ناشی از جوشكاری، مهم‌ترین عواملی هستند كه باعث ضعیف شدن اتصالات جوش و ناكارایی آن‌ها در تحمل طولانی مدت بارها، شده‌اند. از این رو، مهندسین علاقمند به دانش كاملی از توزیع تنش‌های پسماند در سرتاسر جوش، روش‌های تغییر دادن آن و نیز انتخاب روند جوشكاری مناسب كه بتواند تنش‌های پسماند را به حداقل ممكن كاهش دهد، هستند ]1[.
روش‌های تجربی اندازه‌گیری تنش‌های پسماند جوشكاری علاوه بر گران‌قیمت بودن در بعضی از موارد مستلزم عملیات سوراخ‌کاری و یا مقطع زنی در قطعه جوش داده‌شده بوده و فقط مقدار تنش را در سوراخ‌های ایجادشده و یا در بلوک‌های جداشده به دست می‌دهند. پیشرفت روش‌های تجربی نا­مخرب اگرچه توانست تا حدودی این کاستی‌ها را جبران كند، ولی نمی‌تواند جوابگوی تمامی مشكلات باشد. به همین دلیل نیاز بیش­تری به روش‌های تحلیلی احساس می‌شود.
با وجود این معضلات، جوشکاری هنوز به عنوان بهترین روش اتصال قطعات مورد استفاده قرار می‎گیرد. از همین ­رو، در زمینه رفتار جوش در موارد گوناگون مطالعه شده و استانداردهای مناسبی ارائه گردیده است و از این استانداردها به طور جدی در طراحی و اجرای اتصالات جوش استفاده می­شود و می‌توان از مشکلات به وجود آمده در قطعات جوشکاری شده پیشگیری نمود.
2-1- مبانی جوشکاری
1-2-1- تعریف جوش
بر اساس استاندارد ANSI/AWS A3.0-89 که مشتمل بر تعریف­ها و عبارت­های استاندارد جوشکاری است، جوشکاری عبارت است از یک فرآیند اتصال­دهی که یک ماده یکپارچه را به وسیله حرارت­دهی تا دمای جوش، با اعمال فشار و یا بدون آن و با استفاده از ماده پرکننده و یا بدون استفاده از آن، تولید می­کند.

یک قطعه جوشکاری شده شامل 3 ناحیه فلز پایه، فلز جوش و ناحیه متأثر از حرارت بوده که در شکل 1-1 نشان داده شده است.

2-2-1- انواع اتصالات جوشی
در شکل 1-2 انواع اتصالات جوشی نشان داده شده است. این اتصالات عبارتند از:

الف– اتصال لب به لب.

این مطلب را هم بخوانید :

ب– اتصال پوششی (روی‌هم).
پ– اتصال گوشه.

4-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62
5-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62
فصل چهارم : سیستم های خطی یک در جه آزادی
1-4 ارتعاش آزاد نامیرا ……………………………………………………………………..63
2-4 ارتعاش آزاد میرا ………………………………………………………………………65
3-4 کاهش لگاریتمی…………………………………………………………………………70
فصل پنجم:اطلاعات مساله و تحلیل سکوی نیمه شناور خرپایی
1-5 معرفی مشخصات مساله…………………………………………………………………72
1-1-5- مدل تست……………………………………………………………………………….73
2-5 محاسبه نیروهای وارد بر سازه………………………………………………………76
1-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سکو به روش موریسون…………………….76
2-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سازه با استفاده از تئوری تفرق…………….79
-32-5 نیروی heave وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………………..80
4-2-5 نیروی heave  وارد بر سکو با استفاده از تئوری تفرق………………83
5-2-5 لنگر pihtch وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………..85
1-5-2-5  لنگر ناشی از نیروی surge وارد بر یک استوانه……………85
2-5-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave وارد بر ستون ها………………….86
3-5-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی(heave plate)…………………….86
6-2-5 محاسبه لنگر pitch با استفاده از تئوری تفرق……………………………87
1-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی surge……………………………………………….
2-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave………………………………………………
3-6-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی…………………………………………………88
3-5 محاسبه حرکت سازه(RAO) تحت موج تکی……………………………………..89
1-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهتheave…………………
2-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهت pitch…………………..
4-5 پاسخ سازه تحت موج های تصادفی(طیفی)…………………………………91
فصل ششم: ارائه نتایج و بحث در آنها
1-6 نیروی وارد بر سکو در جهت surge  …………………………………..
2-6 نیروی وارد بر سکو در جهت heave……………………………………
3-6 لنگر وارد بر سکو در جهت pitch ………………………………………
4-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت heave به موج با دامنه واحد ………………96
5-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت pitch به موج با دامنه واحد………………..98

6-6تحلیل سازه برای موج های تصادفی…………………………………….99

1-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت heave ………………………..
2-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت pitch…………………………
7-6 نتیجه گیری…………………………………………………………………….104
8-6پیشنهادات برای ادامه کار…………………………………………………105
چکیده:
سکوی نیمه شناور خرپایی یک سازه جدید در صنعت سازه های فراساحل است که از یک قسمت خرپایی برای ایجاد جرم اضافه با استفاده از صفحات افقی استفاده می کند. در این پایان نامه این سازه با استفاده از قسمت خطی معادله موریسون تحلیل می شود و نتایج با تحلیل سکو به روش تئوری تفرق خطی مقایسه می شود. هدف از این تحلیل معرفی یک روش محاسباتی ساده برای تحلیل سازه هایی با ابعاد بزرگ مانند سکوی حاضر است. نزدیکی قابل قبول نتایج تحلیل با نتایج مدل تست و نتایج تحلیل با روش تفرق نشان می دهد که استفاده از معادله موریسون می تواند برای محاسبه نیروهای وارد بر سازه های بزرگی مانند سکوی مورد مطالعه روش مناسبی باشد و تا مقدار زیادی باعث ساده تر شدن محاسبات شود بدون آن که از کیفیت نتایج چشم پوشی کند. نکته مهم در این خصوص، وابستگی نتایج به ضرائب هیدرودینامیکی انتخابی است که در صورت درست انتخاب شدن باعث ایجاد نتایج صحیح می شوند.
فصل اول: مقدمه و معرفی
1-1- پیشگفتار
با توجه به اهمیت انرژی‏‏‏های فسیلی در دنیای امروز و نقش‏آفرینی این نوع انرژی در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن یكی از موضوعات مهم تكنولوژی روز دنیا می باشد.همچنین پایان پذیری منابع فسیلی و محدود بودن ذخایر آن، باعث توجه به ذخایری شده است كه تاكنون بهره برداری از آنها صرفه اقتصادی نداشته است. یكی از مهم‏ترین این ذخایر، ذخایر انرژی مدفون در كف دریاهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هایی را جهت استخراج از كف دریاها ارائه داده‏اند. حركت علمی كه در این راستا در غرب آغاز شده است اكنون دارای تاریخچه‏ای بیش از یک قرن است و با توجه به موقعیت حساس كشور ما در این برهه زمانی و برخورداری از منابع غنی انرژی های فسیلی در دریاهای شمال و جنوب كشور، كسب این تكنولوژی به یكی از رئوس برنامه علمی كشور تبدیل شده است. نكته قابل توجه در این باره، لزوم استفاده از روشهای اقتصادی و سیستم های بهینه استخراج می باشد كه در دنیای رقابتی امروز امری اجتناب ناپذیر می‏نماید.
جهت استخراج نفت و گاز از كف دریاها، كاربردی ترین روش شناخته شده، استفاده از سكو است. این نوع سازه طی عمر هفت دهه‏ای خود تحولات بسیاری را در سیستم سازه‏ای و قابلیت بهره برداری از سر گذرانده است.در ابتدا این نوع سازه در آب‏های كم عمق و به صورت خرپایی ساده مورد استفاده قرار گرفت و طی زمان، تكامل سازه در راستای استفاده در آب‏های عمیق و كاهش هزینه‏های ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزایش بسیار زیاد هزینه احداث سكو‏های ثابت با افزایش عمق، نوع جدیدی از سكو‏های دریایی با نام سكوی نیمه شناور مطرح شد كه دارای مزایای اقتصادی و كاربردی قابل توجه‏ای می باشد. سیر تكامل كلی سكو‏ها و به خصوص نوع خاصی از آنها را (سكوی نیمه شناور خرپایی) به صورت كامل در فصل یك شرح خواهیم داد.

سکوی نیمه شناور خرپایی نوع خاصی از سکوهای نیمه شناور است که دارای شش درجه آزادی می­باشد: حرکت افقی طولی (­­surge)، حرکت افقی عرضی (sway)، حرکت 

این مطلب را هم بخوانید :

قائم (heave)، که به ترتیب جابجایی در امتداد محورهای x و y و z بوده و چرخش طول این محورها به ترتیب، غلتش عرضی (roll)، غلتش طولی(pitch) و چرخش در صفحه افقی (yaw) نامیده می شود.

با توجه به مقدمات بالا، در این پروژه سعی شده است اصول آنالیز یك سكوی نیمه شناور خرپایی مورد بررسی قرار گیرد و با شناسایی و مقایسه تئوری های موجود جهت محاسبه ی بارهای وارد بر سازه، برداشت جامعی از چگونگی آنالیز یك سكوی نیمه شناور خرپایی ارائه شود. در این راستا از تئوری های موریسون و دیفركشن خطی جهت محاسبه‏ی نیروی موج و از تئوری موج ایری برای توضیح طبیعت دریا استفاده شده است كه در فصل های ابتدایی توضیح كلی آنها خواهد آمد. نتایج محاسباتی پروژه با یك مدل تست نیز معتبر سازی شده است و در پایان شاهد بحث در نتایج و مقایسه آنها خواهیم بود.

2-6-3- تابع وابستگى……………………………………………………………………. 19
2-7- مدل­هاى خانواده ARMA……………………………………………………………
2- 8- ماتریس نرمی………………………………………………………………… 19
2-9- اصلاح ماتریس­هاى مشخصه……………………………………………………. 20
2-10- تئورى انتشار امواج…………………………………………………………….. 20
2-11-  شناسای‍ی آسیب با استفاده از الگوریتم بهینهئ­یابی…………………….. 21
2-11-1- شناسایی آسیب با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………………….. 21
2-11-2- تشخیص آسیب بر اساس سایر روش­های بهینه­ یابی…………………… 22
2- 12- تشخیص آسیب بر اساس پردازش سیگنال­ها……………………………. 23
2-12-1- پردازش در حوزه زمان…………………………………………………… 23
2- 12-2- پردازش در حوزه فركانس………………………………………………… 25
2-12-2-1- تحلیل فوریه…………………………………………………………………. 26
2-12-2-2- تبدیل فوریه با زمان کوتاه…………………………………………………. 26
2-12-2-3- تحلیل ویولت (موجک)………………………………………………………. 27
2-12-2-4- بسته ویولتی (ویولت پکت)………………………………………………… 28
2-12-2-5- تحلیل کرولت ( منحنیک)………………………………………………….. 30
2- 12-3- پردازش در حوزه زمان- فركانس……………………………………………… 30
2-12-3-1- ارائه ویگنر- ویل………………………………………………………………… 33
2-12-3-2- كلاس كوهن…………………………………………………………………. 34
2-13-تاریخچه مطالعات در زم‍ینه تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها……………………. 35
2-13-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 35
2-13-2- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از شبكه­ های عصب‍ی………….. 35
2-13-3- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک………………. 38
2-13-4- تشخ‍یص آسیب در سازه پل­ها با استفاده از روش­های پردازش سیگنال……… 40
2-13-5- تشخیص آسیب در سازه پل با استفاده از داده­های ناقص…………………. 42
2-14- تاریخچه مطالعات در زمینه تشخیص آسیب با استفاده از داده­های استاتیکی…. 42
2-15- جمع­بندی…………………………………………………………………………… 44
فصل سوم- روش­ها و الگوریتم­های بیهنه ­یابی……………………………………………. 46
3-1- مقدمه………………………………………………………………………………… 47
3-2- انواع روشهای بهینه­یابی……………………………………………………………. 47
3-2-1- روش­های شمارشی……………………………………………………………….. 47
3-2-2- روش­های محاسباتی- عددی………………………………………………….. 48
3-2-3- روش­های تکاملی………………………………………………………………. 48
3-3- الگوریتم ژنتیک……………………………………………………………………… 48
3-3-1- مقدمه……………………………………………………………………………. 48
3-3-2-ساختار الگوریتم ژنتیک……………………………………………………. 50
3-3-3-اجزای الگوریتم ژنتیک………………………………………………………… 51
3-3-3-1- متغیرهای طراحی……………………………………………………………. 51
3-3-3-1-1- متغیرهای طراحی گسسته…………………………………………… 51
3-3-3-1-2- متغیرهای طراحی پیوسته………………………………………………. 52
3-3-3-2- تابع صلاحیت…………………………………………………………….. 52
3-3-3-2-1- درجه­بندی تابع صلاحیت………………………………………………. 53
3-3-4- عملگرهای ژنتیک……………………………………………………………. 55
3-3-4-1- عملگرتکث‍یر………………………………………………………………….. 56
3-3-4-2- عملگر پ‍یوند……………………………………………………………………. 57
3-3-4-3- عملگرجهش…………………………………………………………………… 59
3-3-5- شكاف نسل………………………………………………………………………… 60
3-3-6- مزایای الگوریتم ژنتیک…………………………………………………………… 61
3-4- الگوریتم بهینه یابی گروه ذرات (PSO)………………………………………………. 61
3-4-1- مقدمه…………………………………………………………………………….. 61

3-4-2- نحوه ارتباط بین اجزاء در فرآیند رسیدن به هدف……………………………….. 63

3-4-2-1- همسایگی جغرافیایی…………………………………………………………. 63
3-4-2-2- همسایگی به شیوه شبکه های اجتماعی……………………………. 63
3-4-3- تشریح روش گروه ذرات…………………………………………………………. 64
3-4-3-1- همگرایی الگوریتم PSO………………………………………………….
3-4-3-2- بهبودهای الگوریتم………………………………………………………….. 67
3-4-3-3- مواجهه با محدودیت­ها………………………………………………………. 68
3-4-4- الگوریتم گروه ذرات با گروه منفعل (PSOPC)……………………………………. 69
3-5- الگوریتم……………………………………………………………………………….. 70
3-5-1- مقدمه……………………………………………………………………………… 70
3-5-2- تشریح روش BB-BC…………………………………………………………..
3-6- الگوریتم جستجوی سیستم باردارشده (CSS)………………………………… 75
3-6-1- مقدمه…………………………………………………………………………….. 75
3-6-1-1- قوانین الکتریکی……………………………………………………………. 75
3-6-1-2- قوانین مکانیک نیوتنی……………………………………………………. 76
3-6-2- روش جستجوی سیستم ذرات باردار با متغیرهای پیوسته………………. 77
3-6-3- راندمان قوانین CSS…………………………………………………………..
3-7- سایر الگوریتم­ها……………………………………………………………………. 86
3-8- جمع­بندی………………………………………………………………………….. 86
فصل چهارم- روشهای پیشنهادی تشخیص آسیب در سازه با الگوریتم­های تکاملی….87
4-1- مقدمه………………………………………………………………………………. 88
4-2- روش پیشنهادی اول- استفاده از اطلاعات استاتیکی برای تشخیص آسیب….. 89
4-2-1- فرضیات در استفاده از داده­های استاتیکی………………………………… 89
4-2-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخ­های استاتیکی………………… 90
4-2-3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب استاتیکی………………………….. 92
4-3- روش پیشنهادی دوم- استفاده از اطلاعات دینامیکی برای تشخیص آسیب…93
4-3-1-فرضیات در استفاده از دادههای دینامیکی…………………………………… 93
4-3-2- تشخیص آسیب در سازه بر اساس پاسخهای دینامیکی…………………. 93
4-3-2-1- روش اول تشخیص آسیب در سازه………………………………………… 93
4-3-2-2- روش دوم تشخیص آسیب در سازه………………………………………. 95
4-3- 3- اعمال اثرات نوفه در تشخیص آسیب دینامیکی…………………………….. 97
4-4- عدم قطعیت­ها در تشخیص آسیب……………………………………………………. 97
4-5- شیوه انجام تشخیص آسیب……………………………………………………….. 98
فصل پنجم- تجزیه وتحلیل نتایج تحقیق………………………………………………. 101
5-1- مقدمه……………………………………………………………………………….. 102
5-2- سازههای مورد بررسی برای تشخیص آسیب……………………………………. 102
5-2-1-مقدمه………………………………………………………………………… 102
5-2-2- تیر فولادی………………………………………………………………………… 104
5-2-3- پل خرپایی فولادی……………………………………………………………….. 104
5-2-3-1-پل خرپایی 1……………………………………………………………………. 104
5-2-3-2- پل خرپایی ( Belgian) شماره 2…………………………………………. 105
5-2-3-3- پل خرپایی ( Belgian) شماره 3………………………………………….. 106
5-2-4- پل قوسی فلزی…………………………………………………………………… 106
5-3- تشخیص آسیب با استفاده از داده­های استاتیکی……………………………….. 108
5-3-1- پل قوسی فولای دو بعدی……………………………………………………………. 109
5-3-2- پل خرپایی فولای دو بعدی……………………………………………………….. 112
5-3-3- بررسی مدل آزمایشگاهی……………………………………………………… 115
5-4- تشخیص آسیب با استفاده از داده­های دینامیکی………………………………….. 122
5-4-1- پل خرپایی فولای دو بعدی…………………………………………………………… 123
5-4-2- پل تیر شکل فولای دو بعدی………………………………………………………. 126
5-4-3- پل خرپایی فولای دو بعدی( Belgian)…………………………………………… 129
5-4-4- پل خرپایی فولای دو بعدی(Bowstring)………………………………………….. 133

5-4-5- پل خرپایی فولای……………………………………………………………………….. 136

این مطلب را هم بخوانید :

5-4-6- بررسی مدل آزمایشگاهی…………………………………………………………. 139
فصل ششم- نتیجه­گیری و پیشنهادات………………………………………………………. 145
6-1- نتیجه­گیری……………………………………………………………………………….. 145
6-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………… 149
مراجع………………………………………………………………………………………… 150
پیوست 1- واژه نامه ( فارسی- انگلیسی)………………………………………………… 160
چکیده:
دوره بهره برداری از سازه­های ساخته شده به دست بشر محدود بوده و تحت ه‍یچ شرایط‍ی ابدی نیست. وجود عوامل مختلف داخل‍ی و خارج‍ی باعث م‍ی­شوند که اجزای سازه دچار آس‍یب شده و سازه تحت بارهای بهره­برداری دچار مشکل جدی و حت‍ی به طور کامل منهدم شود. شناسایی آسیب در یک سازه در دهه­های اخ‍یر توجه محققان زیادی را به خود جلب كرده است، زیرا کشف زود هنگام آسیب م‍ی­تواند از خراب‍ی فاجعه بار سازه­ها جلوگیری کند. همچن‍ین در صورت تشخ‍یص و رفع به موقع ع‍یوب و آسیب م‍ی­توان به عمر مف‍ید سازه­ها افزود و باعث استفاده به‍ینه از سرمایه مل‍ی و صرفه جویی در مصرف منابع گردید.
در این میان سنجش سلامتی پل­ها و اطمینان از سطح ایمنی آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. رخداد آسیب­های کوچک، گرچه کارایی پل­ها را مختل نمی­سازد، اما می­تواند رفتار سازه را در برابر بارهای ضربه­ای و ناگهانی تحت الشعاع قرار دهد و به انهدام ناگهانی ستون­ها یا عرشه­ی پل منجر شود. در این پایان­نامه، روش­هایی نوین، برای تشخیص آسیب در سازه پل­های فولادی با استفاده از اطلاعات استاتیکی و دینامیکی پیشنهاد گردیده است. برای این منظور، مسأله­ی تشخیص آسیب در پل­ها، بصورت یک مسأله­ی معکوس تعریف و توابع هدف مختلفی پیشنهاد شده است. سپس با کمک روش­های بهینه­یابی تکاملی به حل مسأله­ و یافتن پاسخ­های بهینه این توابع هدف پرداخته شده است. روش­های بهینه­یابی تکاملی، بر مبنای پدیده­های طبیعی استوار بوده و قابلیت جستجوی فضای پاسخ را با رویکردی آماری-احتمالاتی دارا می­باشد و لذا قادرند مسائل پیچیده را با سرعت بسیار بالایی مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. بنابراین از الگوریتم­های متعددی نظیر ژنتیک، اجتماع ذرات، انفجار بزرگ و گروه ذرات باردار در بهینه­یابی استفاده شده است. برای یافتن پاسخ مناسب، سعی و خطای بسیار صورت پذیرفته است. در ادامه به منظور بررسی کارایی روش­های ارائه شده، از مثال­های عددی مختلفی نظیر تیر، چهار نوع خرپا و پل قوسی شکل استفاده شده و تحت سناریوهای آسیب مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیرات عواملی چون نوفه­ها، تعداد مودهای محدود، بررسی شده است. همچنین در مثالی نیز برای کاهش اثرات انتخاب نوع الگوریتم بر پاسخ­ها، سازه بزرگی با الگوریتم­های مختلف بررسی و مورد تشخیص آسیب قرار گرفته است. نتایج در مورد تمام سازه­های بررسی شده نشان دهنده کارایی و صحت روش­های پیشنهادی با حضور نوفه در سطح­های بالاست. برای حصول اطمینان از درستی روش پیشنهادی برای تشخیص آسیب در سازه­های واقعی، از نتایج آزمایشگاهی یا مثال­های شاهد موجود در این زمینه با هر دو روش پیشنهادی استفاده گردیده است. در نهایت ملاحظه گردید در تشخیص آسیب توسط روش پیشنهادی دوم در سازه­های با تعداد اعضای بیشتر و پیچیده­تر، الگوریتم گروه ذرات باردار در مقایسه با سه الگوریتم دیگر جواب­های دقیق­تری نتیجه داده است. همچنین این الگوریتم با جمعیت اندك و تعداد تكرار كمتر قادر به شناسایی مكان و مقدار آسیب در المان­های آسیب دیده با دقت بالایی بوده است. در مورد سازه­های با تعداد اعضا متوسط و تعداد آسیب­های کمتر، الگوریتمPSOPC  جواب­های بهتری ارائه داده است. همچنین لازم به ذکر است در سازه­های با تعداد متوسط اعضا و تعداد آسیب­های بیشتر، الگوریتمBB-BC دارای همخوانی بیشتری با روش پیشنهادی و در نتیجه دقت بالاتری بوده است. در انتها می­توان گفت نتایج بدست آمده، مؤید کارایی و دقت مناسب روش­های پیشنهادی در تشخیص آسیب در پل­ها با وجود نوفه بالا می­باشد.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
وقوع بارگذارى­هاى ناگهانى و ویژه نظیر باد و زلزله، آسیب­هاى مختلفى را در سازه­ها ایجاد مى­نماید و رخداد چنین خسارات و نواقصى در سازه سبب تغییر مشخصات و رفتار سازه مى­گردد. همچنین گذشت زمان و شرایط محیطى نیز سبب فرسایش و زوال مصالح سازه­ها و در نتیجه تغییر مشخصات آنها مى­گردد. موارد مذكور سبب شده است تا شناسایى خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب موجود در آن (شدت، نوع، زمان و محل آسیب) و پایش سلامت سازه[1] به یكى از مسائل مهم در علوم مهندسى، از جمله مهندسى عمران بدل گردد.
به بیان دیگر بررسی رفتار ساز­ه­های مهم نظیر پلها، سدها تحت بارهای عادی و یا بارهای خاص مانند زلزله برای مهندسین ممکن گردیده که موجب تشخیص آسیب در سازه­ها به عنوان زیر مجموعه­ای در این بحث شده است. در این راستا با در اختیار داشتن پاسخهای سازه قبل و پس از آسیب می­توان شدت، نوع و محل آسیب را بدست آورد.
از آنجا كه آسیب ایجاد شده در سازه تاثیر مستقیمى بر خصوصیات و مشخصات سازه مى­گذارد، سلامت سازه به نوع، شدت و محل آسیب ایجاد شده در آن وابسته بوده و به همین سبب توانایى تشخیص آسیب ایجاد شده در سیستم­هاى مختلف سازه­ای از جمله ساختمانها یكى از موضوعات مهم و قابل توجه به شمار مى­رود. منظور از آسیب، ایجاد هرگونه تغییر در خصوصات سیستم بوده به گونه­اى كه رفتار آن نسبت به وضعیت اولیه تغییر نماید. این تعریف در سازه­ها، به تغییرات خصوصیات مصالح یا هندسه سازه كه كارایی سازه در حال و آینده را مختل مى­سازد، محدود می­گردد. با نظر به آنچه كه اشاره گردید، مباحث شناسایی خصوصیات سیستم، تشخیص آسیب ایجاد شده و پایش سلامت سازه­ها بصورت وابسته بوده و گاهی بطور همزمان مورد توجه قرار می­گیرند.
از آن جا كه كشور ما در یكى از مناطق لرزه­خیز جهان قرارگرفته است، علاوه بر سایر آسیب­ها بیشترین آسیبی كه در سازه­ها رخ می­دهد در اثر زلزله مى­باشد. اگرچه این آسیب­ها ممكن است چندان واضح نباشد كه قابلیت شناسایی توسط بازدیدهاى میدانى را داشته باشد، اما مى­تواند تغییراتى در خصوصیات سازه ایجاد نماید كه سبب كاهش سطح عملكردى سازه موجود در زلزله­هاى بعدى گردیده و حتى اسباب تخریب كلى سازه در زلزله­هاى آینده را فراهم آورد. لازم به ذکر است که عدم شناسایی به موقع آسیب موجب از حیز انتفاع افتادن سازه و تحمیل هزینه اقتصادی به لحاظ ساخت مجدد سازه خواهد شد. در خصوص سازه­های خاص و شریانهای حیاتی علاوه بر مشکلات اقتصادی، معضلات اجتماعی و یا حتی سیاسی را نیز می­تواند در بر داشته باشد. برای روشن شدن اهمیت پایش سلامت سازه می­توان آن را با آزمایشات تشخیصی پزشکی برای حصول اطمینان از سلامت انسان قیاس نمود.
در گذشته از روشهاى گوناگونى به منظور بررسى سلامت سازه­ها استفاده شده است كه عموماً شامل مشاهدات میدانى و آزمایشهای محدود شامل آزمایش­هاى مخرب و غیرمخرب بوده­اند. اما پیش شرط لازم براى انجام چنین آزمایشهایی حدس محدوده آسیب ایجاد شده سازه­ها و در دسترس بودن آن مى­باشد كه بنابراین نتایج ناشى از آنها كاملاً وابسته به حدس درست محل احتمالی آسیب هستند. علاوه بر این، انجام این آزمایشها نیاز به ابزارهایى دارد كه این امر سبب افزایش هزینه­هاى انجام آنها مى­گردد. بنابراین تعداد آزمایشهاى انجام شده جهت بررسى سازه مى­بایست به حداقل مقدار لازم كاهش داده شوند. از سوى دیگر، مهارت كاربر نیز در دقت نتایج بدست آمده، نقش مستقیم داشته و سبب ضعف بیشتر این آزمایشها در تشخیص آسیب و شناسایی مشخصات سازه مى­گردد. همچنین به دلیل کیفى بودن نتایج بدست آمده، این آزمایشها نمى­توانند تخمینى از تغییرات به وقوع پیوسته در خصوصات دینامیكى سازه آسیب دیده، بدست دهند.
با پیشرفت علم، با بهره­گیری از اطلاعات استاتیکی ثبت شده در سازه­ها و تغییرات آن به تعیین خواص سازه با اینگونه ثبت­ها قدم برداشته شد. همچنین پس از آنكه دانشمندان به سمت استفاده از داده­هاى ارتعاشى براى پیداكردن خواص دینامیكى سازه­ها پیش رفتند، با انجام آزمایشهاى ارتعاشات محیطى و یا تحریكات اجبارى تا حدود زیادى موفق به دست آوردن خواص دینامیکى سازه­ها گردیدند و بدین ترتیب پس از

3-4- فلوچارت برنامه‌نویسی برای تحلیل مسأله ……………….56
فصل چهارم: نتایج عددی………………………………………… 58
4-1- مقدمه……………………………………………………….. 59
فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادات…………………………. 84
5-1- مقدمه……………………………………………………….. 85
5-2- پیشنهادات…………………………………………………. 85
فهرست مراجع……………………………………………………. 86
چکیده:
در این پایان‌نامه توابع امپدانس[1] افقی، گهواره‌ای (خمشی) و توام افقی- گهواره‌ای شالوده‌های مربع مستطیلی مستقر بر سطح محیط خاکی با رفتار ایزوتروپ جانبی و ارتجاعی به‌روش تحلیلی در فضای فركانسی به‌دست می‌آیند به‌طوری که می‌توانند به صورت پارامترهای متمرکز جایگزین خاك زیر شالوده شوند. بدین منظور ابتدا معادلات حاكم بر سیستم مشترک شالوده و خاک زیر آن در دستگاه مختصات استوانه‌ای بیان شده و بر حسب مؤلفه‌های بردار تغییرمكان به‌صورت یك سری معادله دیفرانسیـل درگیر با مشتقات جزئی نوشته می‌شوند. برای مجزاسازی این معادلات از توابع پتانسیلی[2] كه توسط اسكندری قادی در سال 2005 ارائه شده، استفاده می‌شود. معادلات به‌دست آمده با استفاده از سری فوریه نسبت به ‌مختصه زاویه‌ای و تبدیل هنکل نسبت به ‌مختصه شعاعی در دستگاه مختصات استوانه‌ای برای بار متمرکز حل شده و توابع گرین تغییرمکان و تنش به‌دست می‌آیند. با تبدیل مختصات از دستگاه قطبی به ‌دستگاه دکارتی، نتایج در دستگاه مختصات دکارتی نوشته شده و با استفاده از انتقال دستگاه مختصات، توابع گرین برای محل اثر دلخواه نیروی متمرکز خارجی تعیین می‌شوند. سپس با بکارگیری اصل جمع آثار قوا (بر هم نهی)، تغییرمکان‌ها و تنش‌ها در محیط ناشی از بارگذاری سطحی با شکل دلخواه به‌صورت انتگرالی به‌دست می‌آیند. در حالت کلی این انتگرال‌ها به‌صورت تحلیلی قابل استحصال نبوده و باید به‌صورت عددی برآورد شوند. برای مدل‌سازی شالوده صلب، لازم است تغییرمکان نقاط مختلف شالوده چنان نوشته شوند که تغییر فاصله نقاط مختلف شالوده را غیر ممکن سازد. به‌منظور اعمال این شرط به ‌شکل عددی، تنش تماسی شالوده و خاک زیر آن به ‌فرمت اجزاء محدود با المان‌های جدید تحت نام المان گرادیانی پویا[3] نوشته شده و با ارضاء شرایط مرزی تغییرمکانی مسئله، توابع تنش، تغییرمکان و سختی افقی و خمشی (گهواره ای) شالوده صلب مستطیلی تعیین می‌شوند. بدین ترتیب تنش تماسی زیر شالوده صلب تعیین شده و از آن اندازه نیروی تماسی و یا گشتاور خمشی برای تغییرمكان افقی و گهواره ای هر یک با دامنه ثابت به‌دست می­آیند. ماتریس تبدیل بردار تغییر مکان- تغییر زاویه به بردار نیروی افقی- گشتاور خمشی را ماتریس توابع امپدانس می­نامیم. این ماتریس با داشتن دو بردار فوق تعیین می­شود. نشان داده می‌شود كه نتایج به‌دست آمده حاصل از این روش برای محیط ایزوتروپ بر نتایج قبلی ارائه شده توسط لوکو[4] ومیتا[5] وگوییزنا[6] منطبق است. همچنین نتایج برای حالت استاتیكی با حدگیری از نتایج اصلی برای زمانی که فرکانس تحریک به سمت صفر میل می­کند، به‌دست می‌آیند. در صورتی‌كه فركانس تحریك به ‌سمت صفر میل كند و رفتار محیط به‌طور حدی به‌سمت ایزوتروپ میل كند، نتایج ناشی از تغییر مکان استاتیکی برای محیط ایزوتروپ به‌صورت بسته به‌دست می‌آیند.
فصل اول: معادلات كلی حاکم بر انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ جانبی و شرایط مرزی مسأله
1-1- مقدمه
به علت اثر گذاری سازه بر خاک و خاک بر سازه تحلیل دینامیکی سازه‌های سنگین مستقر بر سطح زمین (شکل 1-1) نیاز به در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه دارد، چه در غیر این صورت نتایج تحلیل سازه با دقت کم همراه خواهد بود. در این موارد همواره برای داشتن طرح مطمئن نیاز به ‌ساده‌سازی‌های محافظه کارانه و در نتیجه غیراقتصادی می‌باشد. یکی از راه‌های در نظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه، تحلیل مجموعه سازه و خاک با استفاده از روش اجزا محدود و در نتیجه با المان‌بندی زمین زیر ساختمان (شکل 1-2) می‌باشد. تحلیل سازه به‌همراه زمین مطابق این روش اولاً بسیار پرهزینه بوده و ثانیاً به‌علت عدم توانایی المان‌بندی زمین تا بی‌نهایت از دقت مناسب برخوردار نیست. به‌علاوه از آنجایی که سختی المان‌های خاک با ابعاد مختلف متفاوت می‌باشد، آنالیز انتشار امواج به ‌این روش، امواج انعکاسی و انکساری غیر واقعی در اختیار قرار می‌دهد که به‌نوبه ‌خود دقت محاسبات را کاهش می‌دهد. به‌همین علت با ارزش خواهد بود که توابع امپدانس شالوده‌ها به‌روش تحلیلی به‌دست آیند و جایگزین خاک زیر شالوده گردند (شکل 1-3). تعیین این توابع امپدانس نیاز به ‌تحلیل محیط نیم بی‌نهایت تحت بارگذاری دلخواه در محل استقرار شالوده دارد. از طرفی رفتار خاک زیر شالوده به‌علت پیش‌تحکیمی در طول زمان ایزوتروپ نبوده، بلکه بیشتر شبیه رفتار ایزوتروپ جانبی می‌باشد. در نتیجه به‌منظور واقعی‌تر کردن تحلیل فوق‌الذکر، در این پایان‌نامه محیط ایزوتروپ جانبی به‌عنوان محیط مبنا در نظر گرفته شده و تحت اثر ارتعاش توام افقی و گهواره ای یك شالوده سطحی صلب مربع مستطیل در فضای فرکانسی مورد تحلیل قرار می‌گیرد.

انتشار امواج[1] در یک محیط ناشی از بارگذاری خارجی از جمله مباحثی بوده است که در قرن گذشته بسیاری از محققان و مهندسان در زمینه ریاضیات کاربردی و مکانیک مهندسی را به ‌‌خود جلب کرده است. انتشار امواج در یک محیط ارتجاعی به ‌معنی انتقال تغییر شکل از یک نقطه به ‌نقطه دیگر می‌باشد. بر اساس اصول مکانیک محیط‌های پیوسته، تغییرشکل‌ها مولد تنش‌ها می‌باشند. بنابراین به‌همراه انتقال تغییر شکل‌ها، تنش‌ها نیز از یک نقطه به ‌نقطه دیگر منتقل می‌شوند. به‌همین علت گاهی انتشار امواج در محیط ارتجاعی به‌نام انتشار امواج تنشی[2] نیز نامیده می‌شود. مقاله پایه‌ای در زمینه انتشار امواج مربوط به ‌لمب (Lamb) در سال 1904 می‌باشد [1]. او در این مقاله، انتشار امواج ناشی از یک بار هارمونیک وارد بر یک محیط ایزوتروپ و ارتجاعی نیمه بینهایت را در دو حالت دو بعدی و سه بعدی بررسی کرده و میدان 

تغییرمکان آنها را به‌دست آورده است. در این مقاله نیروی متمرکز بر حسب زمان  به‌صورت تک هارمونیکی در نظر گرفته شده است به‌طوری که  فرکانس تغییرات نیرو بر حسب زمان می‌باشد. به‌علت تغییرات هارمونیکی محرک (نیروی)، پاسخ سیستم شامل میدان‌های تغییرمکان، کرنش و تنش نیز به‌صورت هارمونیکی بر حسب زمان تغییر می‌کنند1، به‌همین علت جمله  از معادلات حرکت در غیاب نیروهای حجمی حذف شده و معادلات حرکت به‌صورت مستقل از زمان و وابسته به‌  نوشته می‌شوند. در این حالت مسأله انتشار امواج در فضای فرکانسی حل می‌شود. به‌علت حذف متغیر زمان، معادلات حرکت به ‌دستگاه معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی نسبت به ‌مکان تبدیل شده و در صورتی‌كه محیط ایزوتروپ باشد تجزیه هلمهولتز همواره این دستگاه معادلات را به‌ معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی و مستقل از یکدیگر تبدیل می‌کند. معادلات حاکم بر توابع هلمهولتز، معادلات موج بوده که وابسته به دستگاه مختصات می­تواند با استفاده از روش فوریه2 (جداسازی متغیرها) و تبدیل هنکل3 و یا روش های دیگر حل شوند. لمب با استفاده از تبدیل انتگرالی هنکل معادلات حرکت را در حالت سه بعدی حل کرده است [1].

یکی از دلایل استفاده از تبدیلات در حل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی کاهش متغیرهای مستقل معادله وتبدیل آن به ‌معادله دیفرانسیل معمولی می‌باشد [17]. در حل مسائل مربوط به ‌محیط‌های نا‌متناهی، معمولاً شرایط مرزی به‌صورت توابع قطعه‌ای پیوسته[1] وجود دارند و تبدیلات انتگرالی[2] این شرایط را به‌صورت توابع پیوسته در فضای تبدیل یافته[3] در می‌آورند. این موضوع یکی دیگر از دلایل استفاده از تبدیلات انتگرالی می‌باشد، چه در غیر این صورت شرایط مرزی به‌صورت مختلط و پیچیده در می‌آیند .
بعد از لمب محققان زیادی در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ تحقیق کرده‌اند و تحقیقات گسترده‌ای را ارائه کرده‌اند که از آن جمله می‌توان اشخاص زیر را برشمرد:

انتشار امواج در محیط‌های ناهمسان[4] در گذشته كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در حال حاضر با توجه به ‌استفاده روز افزون از مواد ناهمسان نیاز به ‌تحقیقات در زمینه انتشار امواج در این محیط‌ها بیشتر احساس می‌شود. برای مثال مواد کامپوزیت که در سال‌های اخیر در زمینه علوم مهندسی کاربرد گسترده‌ای یافته‌اند دارای خاصیت نا‌همسانی می‌باشند. از سوی دیگر در زمین‌هایی که خاک تحت اثر نیروی ثقل رسوب کرده است و نهشته‌های طبیعی سربار شده روی هم تشکیل داده است، خاصیت ناهمـسانی وجود دارد.
اما با توجه به ‌ملاحظات کاربردی در زمینه مهندسی محیط‌های ناهمسان معمولاً به‌صورت ایزوتروپ جانبی[5] و یا ارتوتروپیك[6] مدل‌سازی می‌شوند. یکی از بررسی‌های اولیه در زمینه انتشار امواج در محیط‌های ایزوتروپ جانبی توسط Stoneley در سال 1949 انجام گرفته است [2]. او نشان داد که وجود مواد با خاصیت ایزوتروپ جانبی می‌تواند منجر به ‌تفاوت‌های قابل توجـهی در زمینه انــتشار امواج نسبت به ‌مواد ایزوتروپ گـردد.
Synge در سال 1957، انتشار امواج ریلی[7] در محیط‌های ایزوتروپ جانبی را بررسی کرده است و نتیجه گرفته که این امواج فقط در صورتی در این محیط‌ها منتشر می‌شوند که محور ایزوتروپی محیط یا عمود بر سطح آزاد و یا موازی این سطح باشد [3]. همچنین او بیان داشته است که امواج ریلی معمولی (در محیط‌های ایزوتروپ) موازی سطح آزاد محیط منتـشر می‌شوند در حالی‌که امواج ریلی کلی (در محیـط‌های نا‌ایزوتروپ) می‌توانند با شیب نسبت به ‌سطح آزاد منتشر شوند [3].

Rajapakse و Wang در سال1991 تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک یک جسم صلب در یک محیط ارتوتروپ دو بعدی را به‌دست آورده‌اند [4]. همچنین آنها تغییرمکان‌ها و تنش‌های ناشی از ارتعاش هارمونیک نیروی موثر بر پیرامون یک دایره مدفون در یک محیط ایزوتروپ جانبی را در حالت سه بعدی تعیین 

این مطلب را هم بخوانید :

کرده‌اند [5]. در این مقاله، آنها دستگاه معادلات حرکت را با استفاده از سه تابع پتانسیل به ‌دو معادله درگیر[8] و یک معادله مستقل تبدیل کرده و بدون اثبات كامل بودن توابع پتانسیل اختیار شده معادلات به‌دست آمده را با استفاده از تبدیلات انتگرالی حل کرده‌اند.

رحیمیان و همكاران [16] مسأله لمب را برای محیط ایزوتروپ جانبی پیگیری كرده و معادلات حركت را با استفاده از توابع پتانسیل اسكندری قادی [7] به‌صورت مستقل در‌آوردند. معادلات به‌دست آمده از توابع پتانسیل را به ‌كمك سری فوریه در امتداد زاویه‌ای و تبدیل هنكل در امتداد شعاعی در یك دستگاه مختصات استوانه‌ای حل كردند. اسكندری قادی و همكاران [8] نیز یك نیم‌فضای ایزوتروپ جانبی متشكل از یك لایه فوقانی و یك محیط نیمه بی‌نهایت تحتانی با رفتار ایزوتروپ جانبی تحت اثر نیروهای سطحی هارمونیكی را تجزیه وتحلیل كرده و با استفاده از توابع پتانسیل ارائه شده توسط اسكندری قادی حل كرده­اند.

2-3-5-شرایط اولیه………………………………………………… 16
2-4-بررسی روش های حل معادلات دیفرانسیل………………. 16
2-4-1-روش های حل بسته……………………………………… 17
2-4-1-1-روش جواب عمومی……………………………………. 17
2-4-1-2-روش جداسازی متغیر ها……………………………… 17
2-4-1-3-روش استفاده از تبدیلات……………………………… 18
2-4-1-3-1-تبدیلات فوریه……………………………………….. 19
2-4-1-3-1-1-تبدیل فوریه سینوسی…………………………… 19
2-4-1-3-1-2-تبدیل فوریه کسینوسی…………………………. 19
2-4-1-3-1-3-تبدیل فوریه……………………………………….. 20
2-4-1-3-2-تبدیل لاپلاس……………………………………….. 21
2-4-2-روش های تقریبی………………………………………… 21
2-4-2-1-روش هموتوپی پرتورپیشن…………………………… 22
2-4-2-2-روش تغییرات تکراری………………………………….. 24
2-4-2-2-1-روش محاسبه ضریب لاگرانژ………………………… 24
2-4-3-روشهای عددی……………………………………………. 25
2-4-3-1-روش لاگرانژی………………………………………….. 26
2-4-3-2-روش اویلری……………………………………………. 26
فصل سوم : نگرشی بر مطالعات انجام شده………………… 27
3-1-مقدمه………………………………………………………… 28
3-2-نتایج کار وسترگارد………………………………………….. 28
3-3-بررسی صحت حل وسترگارد………………………………. 31
3-4-نتایج کار چوپرا ……………………………………………….32
3-4-1-پاسخ به حرکت افقی زمین…………………………….. 32
3-4-1-1-مقایسه جواب چوپرا با وسترگارد…………………….. 34
3-4-1-2-پاسخ ضربه واحد……………………………………….. 37
3-4-2-پاسخ به حرکت قائم زمین……………………………….. 38
3-5-اثر اندرکنش سد- مخزن……………………………………. 40
3-5-1- مولفه افقی حرکت زمین……………………………….. 40
3-5-2- مولفه قائم حرکت زمین………………………………….. 41
3-5-3-مقایسه پاسخ به موئلفه افقی و قائم زلزله……………. 42
3-6-بررسی پاسخ ها در حوزه زمانی…………………………… 44
3-7-بررسی پاسخ ها به روش عددی………………………….. 46
3-8-بررسی شرط مرزی انتشار………………………………… 46
فصل چهارم : حل معادلات حاکم……………………………….. 48
4-1- مقدمه……………………………………………………….. 49
4-2-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی………… 50
4-3-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف…60
4-4-حل معادله حاکم با سیال لزج تحت شتاب افقی و قائم و اثر موج سطحی و اثر جذب کف….79
4-5-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب افقی در حوزه زمانی…81
4-5-1-روش جدا سازی متغیر ها با 3 متغیر………………….. 81
4-5-2-تبدیل لاپلاس……………………………………………. 84
4-5-3-تبدیل فوریه کسینوسی………………………………… 87
4-6-حل معادله حاکم با سیال غیر لزج تحت شتاب قائم واثر موج سطحی در حوزه زمانی….89
4-7-بررسی سیال تراکم ناپذیر ………………………………….91
4-7-1-اثر شتاب قائم بر روی سیال تراکم ناپذیر………………. 91
4-7-2-اثر شتاب افقی بر روی سیال تراکم ناپذیر……………. 97
4-8-بررسی اثر جذب کف در حالت شتاب افقی……………. 103
4-8-1-حل و بحث رابطه بازگشتی…………………………… 105
4-8-1-1- ارائه پاسخی برای  بر اساس روش پیشنهادی پاولچر…..110

4-9- اثر موج سطحی در حالت شتاب افقی……………….. 116

4-10-بررسی شرط انتشار…………………………………… 118
4-10-1-شرط انتشار با در نظر گرفتن طول محدود…………. 118
4-10-2-شرط انتشار سامرفیلد……………………………….. 124
4-10-3-شرط انتشار شاران ………………………………….125
4-10-4-شرط انتشار دقیق……………………………………. 127
فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات………………………. 132
5-1- نتیجه گیری……………………………………………….. 133
5-2- پیشنهادات………………………………………………… 135
مراجع……………………………………………………………. 136
چکیده:
با توجه به افزایش روزافزون جمعیت و نیاز فزاینده به ذخیره سازی آب از یکطرف و پیشرفت علم و تکنولوژی از طرف دیگر، ساخت سد ها را برای توسعه منابع آب،  به منظور ذخیره سازی آن توجیه پذیر می نماید. سدهای بتنی بلند که به فرم مدرن خود از اوائل قرن بیستم مورد توجه قرار گرفتند تحت تاثیر فشار هیدرودینامیکی قابل توجه آب مخزن تحت اثر زلزله قرار می گیرند.  تعیین مقادیر فشارهای هیدرودینامیکی در تحلیل لرزه ای که بطور کلاسیک از سال 1933 با فرضیات ساده شونده ای شروع گردیده بدلیل پیچیدگی آن همچنان مورد توجه محققین می باشد.
در این تحقیق معادله حاکم بر محیط مخزن با در نظر گرفتن اثر لزجت سیال با فرض سد صلب و شرایط متفاوت مرزی در محیط مخزن مورد توجه قرار گرفته و حل دقیق آن در فضای فرکانسی و نیز فضای زمانی تحت تحریک هارمونیک افقی و قائم برای لزجت های مختلف سیال مخزن ارائه گردیده است.
نتایج نشان می دهند که لزجت سیال بر فرکانس تشدید مخزن تاثیر گذاشته و باعث ایجاد تغییراتی در آن نسبت به حالتی که لزجت در نظر گرفته نمی شود می گردد. این تغییرات در فرکانس های تحریک نزدیک به فرکانس تشدید مخزن برروی فشار هیدرودینامیک نسبت به حالتی که لزجت صفر فرض می گردد نسبتا قابل توجه می باشد.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
با توجه به توسعه روز‌افزون صنعت و رشد جمعیت و نیاز كارگاه‌ها و صنایع كوچك و بزرگ و كشاورزی به مصرف آب در كشورمان نیاز به حفظ و نگهداری منابع آبی و تنظیم جریانهای آبی در كشور بیش از پیش احساس می‌شود. یكی از مهمترین روشهای تنظیم جریانهای رودخانه ساخت سد می‌باشد. در مسیر ساخت و بهره‌برداری از یك سد ابتدایی‌ترین گام بررسی مدل ریاضی سد و نیروهای وارد بر سازه سد می‌باشد. در این مسیر دو شیوه متفاوت جهت تحلیل وجود دارد.
1- تخلیل استاتیکی

در این روش، مسئله با توجه به دانش مقاومت مصالح و قوانین پایداری استاتیكی بررسی می‌شود. در این روش تمام نیروها به صورت استاتیكی بررسی می‌شوند و سیا

این مطلب را هم بخوانید :

ل هم مانند خواصی كه یك جسم صلب دارد تراكم‌ناپذیر در نظر گرفته می‌شود، كه همراه با سد جا به جا می‌شود و پاسخ‌های سازه مستقل از زمان بدست می‌آیند.

در این روش با اعمال ضریبی به نام ضریب بار یا فاكتور ضربه، بارهای دینامیكی را به بارهای استاتیكی معادل تبدیل و رفتار سازه در حالت استاتیكی تعیین می‌شود. در محاسبه نیروی زلزله به این روش در سدهای بتنی، اثر نیروی زلزله به صورت یك نیروی افقی و قائم بر حسب ضریبی از جرم سازه به طور یكنواخت در ارتفاع سد در نظر گرفته می‌شود. این ضریب توسط محاسبات ریاضی و با استفاده از تجربیات و قضاوت مهندسی تعیین می‌گردد.
همچنین نیروی هیدرودینامیکی سیال به صورت جرم افزوده معادل جایگزین می گردد. این نیرو به نیروی هیدرواستاتیك اعمالی از طرف مخزن باید اضافه شود. وزن سیال معادل، مقداری از سیال پشت سد می باشد که فرض می شود همراه با سد جابجا می شود که به شکل جرم اضافی در نظر گرفته می شود.
2- تحلیل دینامیکی
در این روش با حل معادلة حاكم بر رفتار سیستم سد- مخزن و در یك بازه زمانی، پاسخ ها ( تغییر مكان، فشار، تنش و… ) بدست می‌آید. این پاسخ‌ها وابسته به زمان می باشد. تحلیل دینامیكی سیستم سد و مخزن را به دو شیوه می‌توان بررسی نمود:
1- بدون در نظر گرفتن اندركنش1 سد و مخزن.
2- با در نظر گرفتن اندركنش سد و مخزن.
تحلیل سازه‌ها در مقابل نیروهای دینامیكی ناشی از زلزله، انفجار، باد، برخورد امواج، بارهای متحرك و … به علت طبیعت متغیر این نیروها، نسبت به تحلیل استاتیكی كاری مشكل، پرهزینه و وقت‌گیر می‌باشد. لیكن از آنجائیكه نیروهای ناشی از زمین لرزه از موارد بسیار مهم و تعیین‌كننده در طراحی سازه ‌های بزرگ بخصوص سدها می‌باشد، لزوم آنالیز دینامیكی اجتناب ‌ناپذیر است. میزان دقت در ارزیابی