عنوان پایان‌نامه
محاسبه فشار هیدرودینامیک بر اثر اندرکنش مخزن و سد تحت اثر زلزله
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2067;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68917
- تاریخ دفاع
- ۰۱ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- امین رفیعی
- استاد راهنما
- شهرام وهدانی, سیدپیمان بدیعی
- چکیده
- در این رساله، با استفاده از روش ترکیبی اجزای محدود –اجزای محدود مزی مقیاس شده، محیط مخزن مدل‌سازی گردیده و مسئله اندرکنش سازه-سیال و نیز توزیع فشار هیدرودینامیک بر وجه بالادست سد در اثر حرکت هارمونیک سازه در حوزه فرکانس موردمطالعه قرارگرفته است. سیال محیطی همگن، غیر ویسکوز و تراکم پذیر فرض شده و به دو بخش میدان نزدیک و میدان دور تقسیم‌بندی شده است. به‌منظور دستیابی به دید عمیق‌تری نسبت به تأثیر انواع حرکت سازه بر توزیع فشار هیدرودینامیک، بدنه سد یک‌بار صلب با انواع حرکات پیستونی و بادبزنی در نظر گرفته‌شده به‌طوری‌که جابجایی نقاط سازه از پیش معلوم است. درحرکت نوع سوم، سازه انعطاف‌پذیر و با الگوی تغییر شکل مود اول خود(در ارتعاش آزاد) و با جابجایی نقاط از پیش تعیین‌شده فرض شده است. نهایتا در نوع چهارم حرکت، اندرکنش کامل سازه-سیال بررسی‌شده و سازه‌ی انعطاف‌پذیر تمام الگو‌های تغییر شکل‌مودی خود را می‌تواند انجام دهد. معادلات تعادل دینامیکی سازه تنها در حالت چهارم وارد محاسبات شده و با استفاده از چارچوب مدال سهم مشارکت مودی در تغییر مکان‌های نهایی بدنه سد به‌دست‌آمده است. با تهیه یک برنامه جامع عددی به زبان فرترن، دقت و کارایی بالای روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده با مقایسه زمان پردازش حل مسئله به روش مذکور با روش‌های دیگر بررسی گردیده و شرایط مدل‌سازی به‌منظور حصول به نتایج با دقت بالاتر با این روش ذکر گردیده است. در هر حالت از تغییر شکل سازه، نتایج حاصله صحت سنجی گردیده و نشان داده‌شده که با انعطاف‌پذیری سازه، مقدار حداکثر فشار هیدرودینامیکی بر فصل مشترک سازه و سیال به‌اندازه قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. در انتها نیز سد وزنی بتنی پاین‌فلت مدل‌سازی شده است و همچنین با اعمال بارگذاری معادل با بارگذاری لرزه‌ای حاصل از شتاب‌نگاشت زلزله تفت، حداکثر جابجایی سد و توزیع فشار هیدرودینامیک متناظر با آن محاسبه‌شده است. واژه‌های کلیدی: اندرکنش سد و مخزن؛ فشار هیدرودینامیک؛ روش اجزای محدود مرزی مقیاس- شده؛ چارچوب مدال
- Abstract
- In this study, an efficient method for the analysis of dam-reservoir interaction due to a harmonic far-filed earthquake excitation in frequency domain has been presented and hydrodynamic pressure acting on upstream face of the dam has been computed. The Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) formulation has been utilized to model the far field sub-domain of the reservoir while the near field sub-domain with arbitrary geometry has been modeled with Finite Element Method. The fluid is assumed to be homogenous, inviscid and compressible. In order to achieve a deeper insight into the effects of various types of structure deformations on hydrodynamic pressure, the structure is assumed to have four types of motion patterns. As the first and second type of deformation, a rigid structure with prescribed nodal displacements and with piston and flap type motion is considered. In the third type, a flexible structure with the first mode of free vibration and prescribed nodal displacements is assumed. Finally, in the forth type, the interaction of fluid with a flexible structure which is free to have all types of modal deformations, is analyzed. The dynamic equation of the structures' motion in modal coordinates has been only considered in the computation of fourth type, and the contribution of each mode in nodal displacements has been determined. A comprehensive numerical program in FORTRAN language has been developed in order to demonstrate the efficiency and accuracy of SBFEM for fluid-structure interaction. Having compared the CPU time of the present method with FEM solution of the whole computational domain, the low computational costs of the SBFEM has been demonstrated. Also, for each of the aforementioned four types, the results of the model have been verified. It has been concluded that the magnitude of maximum hydrodynamic pressure on dam-reservoir interface decreases considerably for the case of a deformable structure. At last, as a benchmark example, the Pine Flat dam, subjected to the horizontal ground acceleration has been modeled and maximum displacement of the dam and hydrodynamic pressure distribution has been computed and verified. Keywords: Dam-reservoir Interaction, Hydrodynamic Pressure, SBFEM, Modal Coordinates
