عنوان : تعیین فشار هیدرودینامیک در مخزن سدهای بتنی وزنی تحت اثر بار دینامیکی با احتساب ویسکوزیته سیال

دانشگاه مازندران

مجتمع فنی مهندسی نوشیروانی بابل

دانشکده مهندسی عمران

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی عمران- سازه

عنوان پایان نامه:

تعیین فشار هیدرودینامیک در مخزن سدهای بتنی وزنی تحت اثر بار دینامیکی با احتساب ویسکوزیته سیال

اساتید راهنما:

دکتر  بهرام نوائی نیا  

دکتر  داوود دومیری گنجی

استاد مشاور:

دکتر جواد واثقی امیری

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
فصل اول : کلیات………………………………………………………. 1
1-1-مقدمه…………………………………………………………….. 2
1-2-آشنایی با رفتار دینامیکی سیستم سد- مخزن…………….. 4
1-3-هدف پژوهش…………………………………………………….. 6
1-4 -ساختار پایان نامه……………………………………………… 6
فصل دوم : معادلات حاکم و مطالعه روش های حل معادلات……..7
2-1- مقدمه…………………………………………………………… 8
2-2- معادله حاکم بر انتشار امواج در محیط مخزن………………. 8
2-3-شرایط اولیه و مرزی محیط سیال…………………………… 12
2-3-1-شرط مرزی در سطح آزاد مخزن…………………………. 13
2-3-2-شرط مرزی در کف مخزن…………………………………. 13
2-3-3-شرط مرزی بین سد و مخزن………………………………. 14
2-3-4-شرط مرزی در بالا دست مخزن……………………………15
2-3-5-شرایط اولیه………………………………………………… 16
2-4-مطالعه 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 بهره گیری 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 : نظری بر مطالعات انجام شده………………… 27
3-1-مقدمه………………………………………………………… 28
3-2-نتایج کار وسترگارد………………………………………….. 28
3-3-مطالعه 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-مطالعه پاسخ ها در حوزه زمانی…………………………… 44
3-7-مطالعه پاسخ ها به روش عددی………………………….. 46
3-8-مطالعه 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-مطالعه 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-مطالعه اثر جذب کف در حالت شتاب افقی……………. 103
4-8-1-حل و بحث ارتباط 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-مطالعه 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 در نظر داشتن 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 مقصود 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 پژوهش 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 می باشد.  
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 گردد 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 در نظر داشتن توسعه روز‌افزون صنعت و رشد جمعیت و نیاز کارگاه‌ها و صنایع کوچک و بزرگ و کشاورزی به مصرف آب در کشورمان نیاز به حفظ و نگهداری منابع آبی و تنظیم جریانهای آبی در کشور بیش از پیش احساس می گردد. یکی از مهمترین روشهای تنظیم جریانهای رودخانه ساخت سد می‌باشد. در مسیر ساخت و بهره‌برداری از یک سد ابتدایی‌ترین گام مطالعه مدل ریاضی سد و نیروهای وارد بر سازه سد می‌باشد. در این مسیر دو شیوه متفاوت جهت تحلیل هست.
1- تخلیل استاتیکی
در این روش، مسئله با در نظر داشتن دانش مقاومت مصالح و قوانین پایداری استاتیکی مطالعه می گردد. در این روش تمام نیروها به صورت استاتیکی مطالعه می شوند و سیال هم مانند خواصی که یک جسم صلب دارد تراکم‌ناپذیر در نظر گرفته می گردد، که همراه با سد جا به جا می گردد و پاسخ‌های سازه مستقل از زمان بدست می‌آیند.
در این روش با اعمال ضریبی به نام ضریب بار یا فاکتور ضربه، بارهای دینامیکی را به بارهای استاتیکی معادل تبدیل و رفتار سازه در حالت استاتیکی تعیین می گردد. در محاسبه نیروی زلزله به این روش در سدهای بتنی، اثر نیروی زلزله به صورت یک نیروی افقی و قائم بر حسب ضریبی از جرم سازه به گونه یکنواخت در ارتفاع سد در نظر گرفته می گردد. این ضریب توسط محاسبات ریاضی و با بهره گیری از تجربیات و قضاوت مهندسی تعیین می گردد.
همچنین نیروی هیدرودینامیکی سیال به صورت جرم افزوده معادل جایگزین می گردد. این نیرو به نیروی هیدرواستاتیک اعمالی از طرف مخزن بایستی اضافه گردد. وزن سیال معادل، مقداری از سیال پشت سد می باشد که فرض می گردد همراه با سد جابجا می گردد که به شکل جرم اضافی در نظر گرفته می گردد.
2- تحلیل دینامیکی
در این روش با حل معادله حاکم بر رفتار سیستم سد- مخزن و در یک بازه زمانی، پاسخ ها ( تغییر مکان، فشار، تنش و… ) بدست می‌آید. این پاسخ‌ها وابسته به زمان می باشد. تحلیل دینامیکی سیستم سد و مخزن را به دو شیوه می‌توان مطالعه نمود:
1- بدون در نظر گرفتن اندرکنش1 سد و مخزن.
2- با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن.
تحلیل سازه‌ها پیش روی نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله، انفجار، باد، برخورد امواج، بارهای متحرک و … به علت طبیعت متغیر این نیروها، نسبت به تحلیل استاتیکی کاری مشکل، پرهزینه و وقت‌گیر می‌باشد. لیکن از آنجائیکه نیروهای ناشی از زمین لرزه از موردها بسیار مهم و تعیین‌کننده در طراحی سازه ‌های بزرگ بخصوص سدها می‌باشد، لزوم واکاوی دینامیکی اجتناب ‌ناپذیر می باشد. اندازه دقت در ارزیابی این نیروها، به مدل سازه، مقدار بار دینامیکی و مدل ریاضی انتخابی بستگی دارد.
به طورکلی فرضیات مورد بهره گیری در اغلب تحلیل سیستم‌های سد- مخزن توسط محققین به تبیین زیر می باشد:
1- رفتار مصالح اعم از آب، بتن ارتجاعی2 و خطی3 فرض می گردد.
2- محیط مورد مطالعه (آب یا جسم سد) همگن4 و هموژن5 فرض می گردد.
3- آب مخزن، غیرچسبنده1 فرض می گردد.
4- حرکت آب مخزن غیرپیچشی2 و با دامنه کم می‌باشند.
5- امواج غیرسطحی در نظر گرفته نمی‌گردد.
6- پی سد صلب در نظر گرفته می گردد.
7- مولفه افقی حرکت زمین عمود بر محور سد می باشد.
8- سد بسیار  عریض بوده به صورتی که سیستم سد و مخزن دو بعدی مطالعه می گردد.
9-مخزن سد در امتداد بالادست تا بی نهایت ادامه می یابد.
بتدریج با گسترش روش های تحلیلی وعددی بعضی از فرضیات مذکور حذف و مسئله به واقعیت نزدیکتر گردید.
2-1- آشنایی با رفتار دینامیکی سیستم سد- مخزن
سیستمی متشکل از یک سد بتنی وزنی طویل که بر روی پی صلب قرار دارد و مخزنی با کف افقی که تا بی‌نهایت ادامه داشته باشد مطابق شکل (1-1) در نظر گرفته می گردد.
به هنگام وقوع زلزله، سد که به زمین متصل می باشد به نوسان واداشته می گردد در حالی که حجم عظیم آب پشت سد بدلیل نیروی برشی ناچیز بین کف مخزن و محیط سیال، مستقیماً تحت تأثیر حرکت زمین قرار نمی‌گیرد و تنها در اثر ارتعاشات سد در محیط مخزن امواج فشار هیدرودینامیک ایجاد می شوند که در تمام جهات مانند به سمت بالادست مخزن منتشر می‌گردند و انرژی را با خود از محیط دور می‌کنند.
نیروهای دینامیکی مولد حرکت در سد عبارتنداز: نیروی اینرسی ناشی از حرکت زمین و نیروی هیدرودینامیک اعمال شده از طرف سیال بر وجه بالادست سد. ضمن اینکه فشارهای هیدرودینامیکی که در سیال مجاور سد ایجاد می شوند خود تابعی از حرکت سد می‌باشند. به این ترتیب دستگاه مطالعات دینامیکی حاکم بر حرکت سد و فشار هیدرودینامیک در محیط سیال، مستقل از یکدیگر نبوده و اصطلاحاً کوپله می‌باشند.
به طورکلی اندرکنش بین سد و مخزن موجب افزایش تنش‌های داخلی سد می گردد. هرچه سد انعطاف‌پذیرتر باشد معادلات سیستم درگیر‌تر خواهند بود و تأثیر اندرکنش بین سد و مخزن بر پاسخ دینامیکی سیستم بیشتر می باشد. برعکس، هرچه سد صلب‌تر باشد، تأثیر اندرکنش بین سد و مخزن بر پاسخ دینامیکی سیستم کمتر می باشد]1[.
3-1- هدف پژوهش
بطور کلی هدف از این پژوهش حل معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار مخزن با سیال لزج می باشد. بر این اساس شتاب افقی در مخزن سد در اثر ارتعاش بدنه سد و سپس شتاب قائم در مخزن سد در اثر ارتعاش در کف مخزن مورد مطالعه قرار می گیرد. در حل این معادلات مسائلی زیرا اثر جذب کف، اثر موج سطحی و شرط انتشار انرژی در حالت بدون در نظر گرفتن اندرکنش سازه و سیال در نظر گرفته می گردد.
4-1- ساختار پایان نامه
این پژوهش شامل پنج فصل می باشد، که فصل اول آن به مقدمه وکلیات پژوهش پرداخته می باشد. در فصل دوم به روابط و مبانی دینامیک سیالات تصریح شده می باشد و بعد از ارائه معادلات دیفرانسیل حاکم بر رفتار سیستم سد- مخزن و شرایط مرزی و اولیه به مطالعه انواع روش های حل معادلات دیفرانسیل پرداخته و نقاط قوت وضعف هر یک از روش ها اظهار می گردد.
در فصل سوم اختصار ای از مطالعات و کار های انجام یافته توسط محققین قبلی، ارائه شده می باشد.
در فصل چهارم به حل معادلات حاکم بر سیستم سد- مخزن پرداخته و نتایج بدست آمده با نتایج مطالعات انجام شده توسط محققین قبلی کنترل می گردد. همچنین در فصل چهارم اثرات پدیده های مختلفی زیرا اثر جذب کف، اثر موج سطحی، شرط انتشار موج در مخزن و تاثیر همزمان شتاب افقی و شتاب قائم زلزله مطالعه شده می باشد. فصل پنجم به جمع بندی نتایج بدست آمده از این پژوهش پرداخته و در نهایت به ارائه پیشنهادات برای تحقیقات آتی می پردازد.
1 interaction
2 elastic
3 linear
4 isotrope
5 homogenous
1 inviscid
2 irrotational
تعداد صفحه : 146
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: تأثیر تثبیت با آهک و سرباره فولادسازی ذوب آهن اصفهان بر دوام خاک رسی و خاک رس آلوده به مواد شیمیایی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران