دانلود پایان نامه دکتری خاک و پی :آنالیز انتشار موج در خاک های دانه ای با استفاده از روش …
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 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 |
فهرست اشکال
| شکل 2-1- یک ذره در تماس با سایر ذرات در تعادل استاتیکی | 5 |
| شكل 2-2- مراحل مختلف مدلسازی مجموعه ذرات با استفاده از روش DEM در یك گام زمانی | 7 |
| شکل 2-3 – دو ذرهی کروی در تماس با هم | 8 |
| شکل 2-4- اندرکنش ذره – ذره | 9 |
| شکل 2-5- الف) تغییرات نیرو – تغییرمکان برای نیروی مماسی تماس، ب) تغییرات نیرو – تغییرمکان برای نیروی نرمال تماس | 10 |
| شکل 2-6- صفحه تماس و نیروی مماسی تماس | 10 |
| شکل 2-8 – شرایط مرزی هیدرواستاتیکی و تماس ذره با صفحه مرزی(Ng, 2002) | 15 |
| شکل3-1-مجموعه شبیه سازی شده در DEM El Shamy Zamaniو 2011 | 20 |
| شکل3-2-پروفیل تخلخل اولیه سه نوع خاک مورد استفاده در شبیه سازی Zamaniو El Shamy (2011) | 20 |
| شکل3-3-تاریخچه زمانی شتاب افقی محاسبه شده در محلهای مشخص شده در مرکز توده خاک و و برای حالتهای a: ، b: ، و c: ،( Zamaniو El Shamy (2011)) | 22 |
| شکل3-4-نتایج DEM برای حلقههای تنش-کرنش برای سه نوع خاک در عمق 4 متری زیر سطح( Zamaniو El Shamy (2011)) | 23 |
| شکل3-5-تغییرات مدول برشی در زمان لرزش در عمق 4 متری زیر سطح و و برای حالات a: ، b: ، و c: ،( Zamaniو El Shamy (2011)) | 24 |
| شکل3-6-مشخصات دینامیکی خاک محاسبه شده برای سه نمونه در عمق 4 متری زیر سطح a: منحنی مدول برشی کاهش یافته، b: منحنی نسبت میرایی برای حالت ( Zamaniو El Shamy (2011)) | 25 |
| شکل3-7-مشخصات دینامیکی خاک محاسبه شده a: منحنی مدول برشی کاهش یافته، b: منحنی نسبت میرایی برای حالت با استفاده از نتایج DEM در عمقهای متفاوت( Zamaniو El Shamy (2011)) | 26 |
| شکل 3-8-پروفیلهای محاسبه شده، a: مدولهای برشی در کرنش کم، b: سرعت موج برشی برای تودههای خاک متفاوت( Zamaniو El Shamy (2011)) | 27 |
| شکل3-9-پروفیل فاکتور دامنه شتاب برای انواع خاک در فرکانس 3 هرتز و دامنه شتابهای a: 0.01g، b: 0.1g، c: 0.4g( Zamaniو El Shamy (2011)) | 27 |
| شکل 3-10-مقایسه نتایج DEM و SHAKE در شتاب ( Zamaniو El Shamy (2011)) | 31 |
| شکل 3-11-تاریخچه زمانی شتاب افقی محاسبه شده در محل عمقهای تعیین شده برای حالت ، a: بستر الاستیک و فرکانس 1 هرتز، b: محیط نامحدود و فرکانس 1 هرتز، c: بستر الاستیک و فرکانس 3 هرتز، d: محیط نامحدود و فرکانس 3 هرتز( Zamaniو El Shamy (2011)) | 32 |
| شکل 3-12-پروفیل دامنه شتاب برای حالت ، a: و فرکانس 1 هرتز، b: و فرکانس 3 هرتز،( Zamaniو El Shamy (2011)) | 33 |
| شکل 3-13-نتایج DEM برای حلقههای تنش-کرنش سیکلی برای در عمق 4 متری زیر سطح، a: بستر سنگی صلب و فرکانس 1 هرتز، b: بستر الاستیک و فرکانس 1 هرتز، c: محیط نامحدود و فرکانس 1 هرتز، d: بستر سنگی صلب و فرکانس 3 هرتز، e: بستر الاستیک و فرکانس 3 هرتز، f: محیط نامحدود و فرکانس 3 هرتز( Zamaniو El Shamy (2011)) | 33 |
| شکل 3-14-شکل هندسی مدل Constantine N. Tomasو همکاران (2009) | 34 |
| شکل 3-15-تعریف زمان رسیدن اولین موج( Constantine و همکاران (2009)) | 36 |
| شکل 3-16-سرعت موج گروهی P در مقابل فرکانس برای نسبتهای H/B مختلف، ، B/d=25 و ( Constantine N. Tomasو همکاران (2009)) | 36 |
| شکل 3-17-سرعت موج گروهی P در مقابل برای نسبتهای H/B مختلف، ، B/d=25 و ( Constantine N. Tomasو همکاران (2009)) | 37 |
| شکل 3-18-سرعت موج گروهی P در مقابل برای نسبتهای میرایی ویسکوز متفاوت، B/d=25، H/B=2 و ( Constantine N. Tomasو همکاران (2009)) | 37 |
| شکل 3-19-میرایی موج با عرضهای متفاوت (Williams و همکاران (2008)) | 38 |
| شکل 3-20-محدوده تماس، کانتورهای تنش برشی در شکلهای متفاوت(Williams و همکاران (2008)) | 39 |
| شکل 3-21-چیدمانها و نیروهای تماسی متفاوت(Williams و همکاران (2008)) | 40 |
| شکل 3-22-سیگنالهای به وجود آمده در نتیجه حرکت دیواره چپی سلول شبیه سازی نشان داده شده است. سیگنال ورودی، فشار در دیواره چپی با خط پر و فشار در دیوار راستی با خط چین نشان داده شده است. منحنیهای بالا از اندازهگیریهای انجام شده در 20 ذره بالای بستر بدست آمده و منحنیهای پایین از اندازهگیریهای انجام شده در 50 ذره بالای بستر بدست آمده است. (Stephen R. Hostler (2005)) | 41 |
| شکل 3-23-فاصله فازی بین فشار خروجی (دیوار راستی) و تغییر مکان دیوار چپی. (Stephen R. Hostler (2005)) | 42 |
| شکل 3-24-سرعت فازی محاسبه شده از فاصله فازی. (Stephen R. Hostler (2005)) | 43 |
| شکل 3-25-دامنه فشار ثبت شده در دیواره چپی سلول شبیه سازی. هر نقطه میانگین 5 شبیه سازی مستقل است. (Stephen R. Hostler (2005)) | 44 |
| شکل 3-26-سرعت موج گروهی P در مقابل فرکانس برای قطرهای مختلف ذرات، ، H/B=2 و ( Constantine N. Tomasو همکاران (2009)) | 45 |
| شکل 3-27-سرعت موج گروهی P در مقابل برای قطرهای مختف ذرات، ، H/B=2 و ( Constantine N. Tomasو همکاران (2009)) | 45 |
| شکل 3-28-سرعت موج اندازه گیری شده توسط Hostler (2005) برای قطرهای مختلف | 46 |
| شکل 3-29-زنجیره تک بعدی از ذرات بیضوی (Shukla (1993)) | 47 |
| شکل 3-30-نتایج بدست آمده از آنالیز اثر سختی سطح ذرات در سرعت نشر موج (Shukla (1993)) | 47 |
| شکل 3-31-بافت معمول در مصالح دانهای (Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 51 |
| شکل 3-32-قانون تماسی هیستریک غیر خطی | 52 |
| شکل 3-33-مجموعه شدیداً غیر ایزوتروپیک، 882 ذره، نسبت تخلخل 0.43 و عدد تماس برابر با 2.87(Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 53 |
| شکل 3-34-مجموعه غیر ایزوتروپیک ضعیف، 1042 ذره، نسبت تخلخل 0.25 و عدد تماس برابر با 4.17 (Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 55 |
| شکل 3-35-طرح شماتیک مدل چسبندگی تماسی(Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 56 |
| شکل 3-36-مدل تصادفی ایجاد شده برای ذرات سیمانته شده(Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 57 |
| شکل 3-37-پراکندگی بافت سیمانته شده برای مدلهای قائم و افقی(Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 58 |
| شکل4-1-نمایی از مجموعه ذرات | 62 |
| شکل4-2- چگونگی برقراری ارتباط بین ذره- ذره یا ذره- مرز | 63 |
| شکل 4-3-رفتار نیرو-تغییر مکان برای تماسی که در یک نقطه اتفاق میافتد | 64 |
| شکل4-4-نمایش سرعت ذرات در زمان اعمال موج در شرایط ثابت تکیه گاهی | 71 |
| شکل4-5-نمایش سرعت ذرات در زمان اعمال موج در شرایط جاذب انرژی | 71 |
| شکل4-6-نحوه اعمال بارگذاری به مجموعه ذرات | 73 |
| شکل 4-7- نمایی شماتیک از دستگاه جهت آزمایش انتشار موج | 74 |
| شکل 4-8– فاصله فازی بین سیگنالها در دو مبدل به فاصله 40 میلیمتر در برابر فرکانس برای دو شتاب (خط ممتد) و (خط چین) نشان داده شده است. | 75 |
| شکل 4-9–فاصله فازی در مقابل فرکانس ارتعاش موج | 76 |
| شکل5-1-نمایش زنجیره نیروها در محیطهای دانهای | 79 |
| شکل 5-2- نمایش شبکه زنجیره نیروهای تماسی بین ذرات در مدل سازی انجام شده در کار حاضر | 80 |
| شکل 5-3-الف) نمایش نیروهای تماسی در 150 امین گام بارگذاری | 81 |
| شکل 5-3-ب) نمایش نیروهای تماسی در 300 امین گام بارگذاری | 81 |
| شکل 5-3-ج) نمایش نیروهای تماسی در 450 امین گام بارگذاری | 82 |
| شکل 5-3-د) نمایش نیروهای تماسی در 600 امین گام بارگذاری | 82 |
| شکل5-4-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای تخلخل 0.15 و CN=3.7 | 83 |
| شکل5-5-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای تخلخل 0.18 و CN=3. 5 | 84 |
| شکل5-6-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای تخلخل 0.2 و CN=3.2 | 84 |
| شکل5-7-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای تخلخل 0.23 و CN=3.04 | 85 |
| شکل5-8-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با تخلخل 0.15 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 86 |
| شکل5-9-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با تخلخل 0.18 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 86 |
| شکل5-10-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با تخلخل 0.2 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 87 |
| شکل5-11-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با تخلخل 0.23 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 87 |
| شکل5-12-نمایش تغییرات میانگین نیروهای تماسی با زمان برای نمونه با تخلخل 0.15 (محور افقی زمان و محور قائم میانگین نیروهای تماسی میباشد) | 88 |
| شکل5-13-نمایش تغییرات میانگین نیروهای تماسی با زمان برای نمونه با تخلخل 0.18 (محور افقی زمان و محور قائم میانگین نیروهای تماسی میباشد) | 89 |
| شکل5-14-نمایش تغییرات میانگین نیروهای تماسی با زمان برای نمونه با تخلخل 0.2 (محور افقی زمان و محور قائم میانگین نیروهای تماسی میباشد) |
89 |
| شکل5-15-نمایش تغییرات میانگین نیروهای تماسی با زمان برای نمونه با تخلخل 0.23 (محور افقی زمان و محور قائم میانگین نیروهای تماسی میباشد) | 90 |
| شکل5-16-نمایش تغییرات نیروهای نامتعادل کننده (unbalanced force) با زمان (محور افقی زمان و محور قائم میانگین نیروهای تماسی میباشد) | 91 |
| شکل5-17-نمایش تغییرات تنش در جهت افقی با زمان (محور افقی زمان و محور عمودی تنش در جهت افقی میباشد) | 92 |
| شکل5-18-نمایش تغییرات تنش در جهت قائم با زمان (محور افقی زمان و محور عمودی تنش در جهت قائم میباشد) | 92 |
| شکل5-19-نمایش تغییرات سرعت ذرات در مدت زمان اعمال بارگذاری | 94 |
| شکل5-20-نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتیمتر از کف نمونه) در نمونه با تخلخل 0.15 (مجور افقی زمان و محور قائم سرعت ذره میباشد) | 95 |
| شکل5-21- نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتیمتر از کف نمونه) در نمونه با تخلخل 0.18 (مجور افقی زمان و محور قائم سرعت ذره میباشد) | 95 |
| شکل5-22- نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتیمتر از کف نمونه) در نمونه با تخلخل 0.2 (محور افقی زمان و محور قائم سرعت ذره میباشد) | 96 |
| شکل5-23- نمایش انتقال موج فشاری به ذره (به فاصله 10 سانتیمتر از کف نمونه) در نمونه با تخلخل 0.23 (مجور افقی زمان و محور قائم سرعت ذره میباشد) | 96 |
| شکل5-24-نمایش تغییرات سرعت با تخلخل | 97 |
| شکل5-25-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با ضریب اصطکاک 0.1 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 98 |
| شکل5-26-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با ضریب اصطکاک 0.3 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 98 |
| شکل5-27-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با ضریب اصطکاک 0.5 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 99 |
| شکل5-28-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه با ضریب اصطکاک 0.7 (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 99 |
| شکل5-29-نمایش تغییرات سرعت با ضریب اصطکاک | 100 |
| شکل5-30-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.5 | 101 |
| شکل5-31-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.5 | 101 |
| شکل5-32-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.5 | 102 |
| شکل5-33-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.5 | 102 |
| شکل5-34-نمایش تغییرات سرعت با دانسیته | 103 |
| شکل5-35- نمونه ای از monodisperse یا یکنواخت | 104 |
| شکل5-36- نمونه ای از polydisperse یاغیریکنواخت | 104 |
| شکل5-37-نمایش تغییرات سرعت با PDI | 106 |
| شکل5-38-منحنی دانه بندی خاک A، Cc=0.92 و Cu=2.0 | 107 |
| شکل5-39-منحنی دانه بندی خاک B، Cc=0.88 و Cu=12.6 | 107 |
| شکل5-40-منحنی دانه بندی خاک C، Cc=1.6 و Cu=6.1 | 108 |
| شکل5-41-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای خاک C و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.7 | 109 |
| شکل5-42-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای خاک A و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.4 | 109 |
| شکل5-43-نمایش زنجیرههای نیروهای تماسی (Contact Force Chains) برای خاک B و عدد متوسط تماسی برابر با CN=3.2 | 110 |
| شکل5-44-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه A (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 111 |
| شکل5-45-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه B (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 111 |
| شکل5-46-نمایش تغییرات تخلخل با زمان برای نمونه C (محور افقی زمان و محور قائم تخلخل میباشد) | 112 |
| شکل5-47- نمایش تغییرات سرعت موج در خاک های A,B,C | 113 |
فهرست جداول
| جدول3-1-فاکتورهای دامنه محاسبه شده برای شبیه سازی DEM و روش تحلیلی( Zamaniو El Shamy (2011)) | 28 |
| جدول3-2-دامنه شتاب نسبت به حرکات خروجی محاسبه شده از شبیه سازی DEM و روش تحلیلی( Zamaniو El Shamy (2011)) | 32 |
| جدول 3-3-پارامترهای موج برای انتشار از طریق زنجیره ذرات (Williams و همکاران (2008)) | 38 |
| جدول 3-4-سرعتهای موج بدست آمده توسط محققین مختلف در مصالح دانهای | 49 |
| جدول3-5-نتایج شبیه سازی توسط DEM(Martin H. Sadd و همکاران 1999) | 58 |
| جدول4-1-پارامترهای شبیه سازی | 66 |
| جدول 4-2-مشخصات ماده مورد آزمایش | 74 |
|
[چهارشنبه 1399-10-10] [ 01:20:00 ب.ظ ]
|
