پایان نامه دکتری عمران آنالیز انتشار موج در خاک های دانه ای با استفاده از روش المان های مجزا

تومان12,000

در این پژوهش از روش المان مجزا برای آنالیز انتشار موج و بررسی عوامل موثر بر سرعت موج در خاکهای دانه­ای استفاده شده است. روش المان­های مجزا به سبب امکان تهیه نمونه­های کاملاً مشابه و بررسی اثر تغییرات یک پارامتر معین بر روی رفتار نمونه­ها حائز اهمیت است. همچنین این روش درکی از تغییرات رخ داده در مقیاس میکرو از مصالح دانه­ای بدست می­دهد که با سایر روش­های آزمایشگاهی و عددی قابل حصول نیست. به منظور مدل­سازی، نمونه­ها از مجموعه متشکل از دیسک­ها با دانه­بندی مشخص برای مطالعات دو بعدی ایجاد شده­اند.

 

توضیحات

پایان‌نامه دکتری

گرایش مکانیک خاک و پی

 

عنوان

آنالیز انتشار موج در خاک­های دانه­ای با استفاده از روش المان­های مجزا

تعداد صفحات: 140 صفحه

چکیده

در این پژوهش از روش المان مجزا برای آنالیز انتشار موج و بررسی عوامل موثر بر سرعت موج در خاکهای دانه­ای استفاده شده است. روش المان­های مجزا به سبب امکان تهیه نمونه­های کاملاً مشابه و بررسی اثر تغییرات یک پارامتر معین بر روی رفتار نمونه­ها حائز اهمیت است. همچنین این روش درکی از تغییرات رخ داده در مقیاس میکرو از مصالح دانه­ای بدست می­دهد که با سایر روش­های آزمایشگاهی و عددی قابل حصول نیست. به منظور مدل­سازی، نمونه­ها از مجموعه متشکل از دیسک­ها با دانه­بندی مشخص برای مطالعات دو بعدی ایجاد شده­اند. از نرم افزار PFC 2D برای انجام شبیه­سازی و آنالیزهای مربوطه استفاده شده است.

مطالعات در زمینه انتقال موج فشاری در خاک­های دانه­ای توسط محققین مختلف انجام شده است. آن­ها به بررسی میزان تاثیر عوامل مختلف بر سرعت انتشار موج پرداختند. فاکتورهایی مانند: عرض نمونه، نسبت میرایی، شکل ذرات، چیدمان ذرات، فرکانس ارتعاش، قطر و سختی سطح ذرات، فشار یا عمق پارامترهایی هستند که بیشتر مطالعات و شبیه­سازی­های محققین مختلف معطوف به آن­ها بوده است. با وجود تحقیقات قابل توجه انجام شده بر روی انتشار موج و پارامترهای موثر بر آن، هنوز عوامل مختلفی وجود دارند که ممکن است بر انتشار موج در خاک­های دانه­ای تاثیرگذار باشند، که به بررسی میزان تاثیر آن­ها بر فرآیند انتشار موج پرداخته نشده است. به همین جهت، در این تحقیق  میزان تاثیر ضریب اصطکاک ذرات، تخلخل مجموعه ذرات، دانسیته ذرات، ضریب غیر یکنواختی اندازه دانه­ها و دانه بندی مجموعه ذرات بر سرعت انتشار موج بررسی شده است. متغیرهای مورد استفاده جهت بررسی عوامل فوق عبارتند از تغییرات تخلخل نمونه خاک در حین اعمال موج، سرعت ذرات، نمایش زنجیره نیروهای تماسی و همچنین متوسط عدد تماسی هر نمونه خاک و نیروهای نامتعادل کننده می­باشند.

نتایج این مطالعه حاکی از آن است که ارتباط مستقیمی بین تعداد تماس­های مجموعه ذرات و سرعت انتشار موج وجود دارد. همچنین خواص مصالح مانند دانسیته ذرات از مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر سرعت موج می­باشند.

واژه‌های کلیدی:

المان مجزا- سرعت موج- تخلخل- اصطکاک- دانه بندی خاک



فهرست

فصل اول مقدمه

مقدمه 1

فصل دوم روش المان‏های مجزا

2-1-مقدمه 4
2-2-مایکرومکانیک محیط‏های دانه‏ای 5
2-3-روش المان‏های مجزا 6
2-4-چرخه محاسبات 6
2-5-الگوریتم تعیین نیروهای بین ذره‏ای 7
2-6-اعمال معادله حرکت 11
2-7- شرایط مرزی 13
2-7-1- شرایط فضای تناوبی 13
2-7-2- شرایط مرزی صلب 14
2-7-3- شرایط مرزی هیدرواستاتیکی 14
2-7-4- شرایط مرزی جاذب انرژی 15
2-8-نتیجه گیری 15

فصل سوم مروری بر تحقیقات گذشته

3-1-مقدمه 17
3-2-مدل سازی انتشار موج برشی در خاک دانه­ای 18
3-2-1-انتشار موج برشی در ستون خاک با بستر صلب 21
3-2-2-انتشار موج برشی در ستون خاک با شرایط مرزی جاذب انرژی در بستر 29
3-3-مدل سازی انتشار موج فشاری در خاک دانه­ای با استفاده از DEM 34
3-3-1-بررسی اثر عرض نمونه در انتشار موج 34
3-3-2-بررسی اثر میرایی ویسکوز در انتشار موج 37
3-3-3-بررسی اثر شکل ذرات در انتشار موج 38
3-3-4-بررسی اثر چیدمان ذرات در انتشار موج 39
3-3-5-بررسی اثر فرکانس در انتشار موج 40
3-3-6-بررسی اثر قطر ذرات در انتشار موج 44
3-3-7-بررسی اثر ضریب اصطکاک ذرات در انتشار موج 46
3-3-8-بررسی اثر فشار در سرعت انتشار موج 48
3-3-9-بررسی اثر branch vector در انتشار موج 50
3-3-9-1-مدل سازی محیط دانه­ای خشک 51
3-3-9-2-مدل سازی محیط دانه­ای سیمانته شده 55
3-4-نتیجه­گیری 59

 

فصل چهارم مراحل مدلسازی و کالیبراسیون

4-1-مقدمه 61
4-2- تولید ذرات 61
4-3-اعمال شرایط مرزی و اولیه 62
4-4- انتخاب مدل تماسی 63
4-4-1-مولفه­های رفتاری 63
4-4-1-1-سختی 63
4-4-1-2-لغزش 64
4-4-1-3-رفتارهای چسبندگی 64
4-4-2-مدل هرتز 64
4-4-3-نتیجه گیری 65
4-5-اختصاص دادن خواص به مصالح 66
4-6-میرایی 66
4-6-1-میرایی محلی 67
4-6-2-میرایی ویسکوز 67
4-7-مشخص کردن گام زمانی جهت تحلیل و استفاده از روش density scaling 68
4-8-شرایط مرزی جاذب انرژی و بارگذاری 69
4-8-1- بارگذاری 72
4-9-صحت سنجی (کالیبراسیون مدل) 73
4-9-1-آزمایشات انجام شده توسط Stephen R.Hostler  (2005) 73
4-9-2-نتایج بدست آمده توسط Stephen R.Hostler  (2005) 75
4-9-3-نتایج بدست آمده از شبیه سازی 76
4-10-نتیجه گیری 76

فصل پنجم بررسی اثر پارامترهای مختلف بر سرعت موج

5-1-مقدمه 78
5-2-بررسی نحوه انتقال موج در مصالح دانه­ای 78
5-3-بررسی اثر میزان تخلخل بر سرعت انتشار موج 83
5-3-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر سرعت انتشار موج 83
5-3-2-بررسی تغییرات تخلخل برای نمونه­های مختلف 85
5-3-3-بررسی تغییرات میانگین نیروهای تماسی برای نمونه­های مختلف 88
5-3-4-بررسی تغییرات نیروهای نامتعادل کننده در طی اعمال موج 90
5-3-5-بررسی تغییرات تنش در جهت­های افقی و قائم 91
5-3-6-بررسی تغییرات سرعت ذرات در طی اعمال موج 93
5-4-بررسی اثرسختی سطح ذرات بر سرعت انتشار موج 97
5-4-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر نمونه­ها 97
5-4-2-بررسی تغییرات سرعت 100  
5-5-بررسی اثر دانسیته ذرات بر سرعت انتشار موج 100  
5-6-بررسی اثر میزان غیر یکنواختی دانه­ها (PDI) بر سرعت انتشار موج 103  
5-6-1-تعریف ضریب غیر یکنواختی دانه­ها (PDI) 103  
5-7- بررسی میزان تاثیر دانه بندی خاک بر سرعت انتشار موج 106  
5-8-نتیجه گیری 113  

فصل ششم نتیجه­گیری و پیشنهادات

6-1-نتیجه­گیری 114
6-2-پیشنهادات 115

مراجع

مراجع 116



×
×

سبد خرید