مدلسازی 12 پروژه پیشرفته در مهندسی سازه و زلزله
ویژه دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری
کتاب پروژههای جامع و کاربردی مهندسی عمران در ABAQUS
مدلسازی ۱۲ پروژه پیشرفته در مهندسی سازه و زلزله
ویژه دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری
در زمینه‌های متنوع مرتبط با مهندسی و مهندسی ساختمان، نرم‌افزارهای متنوعی وجود دارند که به مهندسان و متخصصین مرتبط با این زمینه کمک می‌کنند و امکانات متنوعی را در اختیارشان قرار می‌دهند. این نرم‌افزارها برای طراحی، مدلسازی، تحلیل سازهها، برنامه‌ریزی پروژه، مدیریت منابع و هزینه‌ها و مواردی از این دست استفاده می‌شوند. برای یادگیری و آموزش این نرم‌افزارها راه‌های متنوعی وجود دارد که استفاده از کتب آموزشی یکی از این راه‌‌هاست. این روش از آن جا که معمولاً اقتصادی‌ترین روش است و از طرفی نیاز به کلاس‌های حضوری و غیر حضوری را برطرف می‌نماید، مورد توجه مهندسین و مخاطبین این نرم‌افزارها قرار می‌گیرد. بنیاد مهندسی ساختمان، به همین جهت این کتب تخصصی را با تخفیف ویژه در اختیار کاربران و مخاطبان این نرم‌افزارها قرار می‌دهد.
کتاب پروژههای جامع و کاربردی مهندسی عمران در ABAQUS شامل پرکاربردترین و جدیدترین مثال‌های عددی در حوزه مهندسی عمران، سازه و زلزله می‌باشد. ماژول‌های نرم افزار به طور کامل و با رویکردی جدید توضیح داده‌شده‌اند که کاربر، عملکرد کلیه قسمت‌های موردنیاز را فرا خواهد گرفت. مدل‌های رفتاری برخی مصالح رایج در مهندسی عمران به طور کامل توضیح داده‌شده و دادههای مورد نیاز بسیاری از فلزات و کامپوزیت‌ها در کتاب گنجانده شده‌است. در مجموعه حاضر ۱۲ مثال نرم افزار ABQUS مدلسازی شده که شامل موارد زیر می‌باشند:
۱-مدلسازی ستون مرکب بتنی-فولادی-پلیمری دوجداره تحت اثر بار محوری
۲-مدلسازی آزمایش بیرون کشیدگی میلگرد از بتن (pull out test)با لغزش میلگرد
۳-مدلسازی کمانش پوسته استوانهای با اثر خوردگی ورق
۴-مدلسازی انفجار بر پوسته دوانحنایی FGM
۵-مدلسازی رفتار چرخه ای قاب با میراگر ویسکوالاستیک دیواره‌ای
۶-بهینه‌سازی توپولوژی یک ساختمان در برابر بار زلزله
۷-بهسازی اتصال بتنی توسط نبشی و بولت تحت بار چرخه ای
۸-تشخیص ترک در تیر آلومینیومی با استفاده از امواج هدایت شده لمب
۹-بررسی رفتار لرزه‌ای قاب خمشی فولادی با و بدون میراگر ویسکوز خطی
۱۰-ارتعاش آزاد ورق فولادی مستطیلی
۱۱-مدلسازی ستون بتنی با ژاکت فولادی تحت اثر بار جانبی چرخه‌ای
۱۲-مدلسازی میاگر تسلیمی خمش برش
مقدمه کتاب پروژههای جامع و کاربردی مهندسی عمران در ABAQUS:
با پیدایش روش اجزای محدود در دهه ۱۹۴۰، به دلیل حجم محاسبات بالا و نبود سیستم‌های محاسباتی پیشرفته، با اقبال چندانی مواجه نشد. ولی بعدها که سازهها پیچیده‌تر شد و سیستم‌های محاسباتی مناسبی ارائه شد، این روش، با شتاب زیادی گسترش یافت و به یک روش محبوب برای مهندسین سازه و مکانیک تبدیل شد.
البته در سال‌های اخیر روش‌های جدیدی همانند روش‌های اجزای مرزی، اجزای مجزا و روش‌های بدون مش نیز به وجود آمده‌اند.
روش اجزای محدود
روش اجزای محدود سیستم را به یک سری اجزای کوچکتر تقسیم‌بندی کرده و معادلات تعادل و سازگاری را برای هر المان برای بارهای خارجی تأمین می‌نماید. در نهایت با کنار هم قرار دادن این معادلات و یافتن مجهولات (معمولا جابجایی‌ها و کرنش‌ها) رفتار کل سیستم، مشخص می‌شود. این دستگاه معادلات تعداد مجهولات زیادی داشته و برای حل مستلزم یک سیستم محاسباتی و روش‌های محاسبات خاصی می‌باشد.
امروزه نرم‌افزارهای متعددی با قابلیت‌های گوناگونی برای شبیه‌سازی سازهها به روش اجزا محدود ارائه شده‌اند. یکی از این نرم‌افزارها بسته تحلیلی ABAQUS می‌باشد که توسط شرکت Dassault Systemes در سال ۱۹۷۸ ارائه شد.
این نرم‌افزار با قابلیت‌های زیادی که داشته توانسته در بسیاری از تحقیقات مهندسین عمران و مکانیک و سایر رشته‌ها به کار گرفته شود.
در سال‌های اخیر با ارتقا دانش مهندسین و نیاز مبرم به مطالعه هر چه دقیق‌تر سازهها، کمبود یک مرجع مناسب برای حل مثال‌ها و نیازهای دانشجویان تحصیلات تکمیلی در مقطع ارشد و دکتری به طور چشم‌گیری احساس می‌شد.
مثال‌های کاربردی
با توجه به اینکه اکثر کتب و مطالب منتشر شده در زمینه شبیه‌سازی عددی با نرم‌افزار ABAQUS صرفا حل مثال‌های ساده و نمادین بوده، نویسنده را ترغیب نمود که مجموعه‌ای از مثال‌های کاربردی، جدید و پرتکرار را تالیف و در اختیار دانش‌پژوهان گرامی قرار دهد. مجموعه حاضر با توجه به نیازسنجی تحقیقاتی دانشجویان گرایش‌های سازه و زلزله شکل گرفته است.
در این کتاب سعی شده تا تعاریف و ماژول‌های نرم افزار به شکل کاربردی و ساده‌تری توضیح داده شود و فقط بخش‌هایی که کاربرد زیادی در مدلسازی دارند مورد توجه قرار گیرند. در بخش مدلسازی انواع روش‌های ایجاد قطعات، ویرایش، پارتیشن‌بندی و مشبندی به طور کاربردی توضیح داده شده است و سعی شده تا کلیه موارد مورد نیاز کاربر رفع گردد.
مدل‌های مصالح فولاد، بتن، ماتریس‌ها، فایبرها، کامپوزیت‌ها و هایپرالاستیک‌ها بررسی و ثابت‌های مصالح مورد نیاز نیز در کتاب گنجانده شده‌است. با توجه به اینکه کتاب حاضر بیش‌تر به صورت پروژه محور است و تمرکز اصلی بر روی مثال‌های کاربردی می‌باشد. بخش مدلسازی و پیش‌نیازهای شبیه‌سازی به صورت کاربردی توضیح داده شده و از ذکر کلیه مدل‌های مصالح و تئوری‌های نرم افزار اجتناب شده است.
رفتار غیرخطی سازهها
همچنین رفتار غیرخطی در سازهها شامل هندسی، مصالح، بارگذاری و شرایط مرزی شرح داده شده و با ذکر مثال‌هایی چگونگی رفتار آنها بررسی شده است. در ادامه روند حل مسایل غیرخطی با روش‌های عددی توضیح داده شده است.
این کتاب شامل ۱۲ مثال کاربردی در زمینه مهندسی عمران سازه و زلزله می‌باشد. این مثال‌ها عمدتا به صورت ترکیبی و هدفمند تدوین شده‌اند که هر مثال شامل چند مثال کوچکتر و کاربردی می‌باشد. در ادامه مثال‌های کتاب مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
مثال ۱: در اولین مثال، رفتار محوری یک ستون مرکب فولادی – بتنی – پلمیری دو جداره مورد بررسی قرار گرفته است.
در این مثال نحوه بارگذاری محوری ستون‌ها و استخراج منحنی بار-تغییرمکان محوری ستون توضیح داده شده است. در این مثال سه نوع مصالح فولادی، بتنی و پلیمری یا FRP استفاده شده که نحوه تعریف آنها شرح داده شده است.
• اهداف: نحوه تعریف مصالح مختلف همانند فولاد، بتن و FRP، نحوه بارگذاری محوری، اندرکنش ستون‌ها مرکب، تعیین نحوه قرارگیری الیاف لایه پلیمری
مثال ۲: در بسیاری از سازهها، فرض بر این است که لغزشی بین آرماتور و بتن رخ نمی‌دهد، ولی در برخی موارد این فرض درست نیست و آرماتور در داخل بتن لغزش دارد. در این مثال چگونگی مدلسازی این پدیده مورد بررسی قرار می‌گیرد.
• اهداف: مدلسازی متقارن محوری و تعریف اندرکنش Cohesive یا چسبنده بین قطعات
مثال ۳: در این مثال سه مثال کلی، تحلیل مودال، خوردگی در فلزات و کمانش پوسته‌ها گنجانده شده است. رفتار پوسته‌های نازک استوانهای که در اثر عوامل محیطی دچار خوردگی شده‌اند، تحت اثر بار محوری مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این مثال، خوردگی به صورت یک تابع تصادفی به ضخامت پوسته اعمال شده و در مرحله بعدی، این پوسته تحت اثر بارهای کمانشی قرار می‌گیرد.
• اهداف: تعریف متغیرهای میدانی برای مشخصات پوسته همانند تغییرات ضخامت، تحلیل مودال و بدست آوردن مودهای سازه، اعمال خوردگی به ضخامت ورق پوسته، اعمال نقض هندسی به ورق پوسته و تحلیل کمانشی به روش Static, Riks
مثال ۴: مواد تابعی هدفمند یا FGMها یکی از جدیدترین دستاوردها در حوزه مهندسی می‌باشند. این مصالح تلفیقی تدریجی از دو مصالح در ضخامت قطعه می‌باشند. در این مثال، نحوه تعریف این نوع مصالح توضیح داده شده است. علاوه بر این، نحوه بارگذاری انفجار بر سازهها به روش CONWEP نیز ارایه شده است. این روش مدلسازی انفجار با توجه به تحقیقات آزمایشگاهی گسترده کالیبره شده و دقت نسبتا بالایی در پیش‌بینی بارهای انفجاری دارد.
• اهداف: ارایه روابط تعریف مواد تابعی، چگونگی تعریف مصالح FGM در نرم‌افزار و نحوه تعریف بارگذاری انفجار به روش CONWEP
مثال ۵: میراگرهای ویسکوالاستیک به عنوان یکی از ابزارهای میراکننده انرژی زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرند. تعریف و تحلیل این نوع میراگرها در نرم‌افزار، از چالش برانگیزترین مسائل مدلسازی می‌باشد. در این مثال نحوه بارگذاری چرخه‌ای بر روی یک نمونه میراگر ویسکوالاستیک دیواره‌ای جدید، مورد بررسی قرار گرفته است.
• اهداف: نحوه تعریف مصالح ویسکوالاستیک در نرم‌افزار، بارگذاری چرخه‌ای جانبی، ترسیم منحنی هیسترزیس میراگر
مثال ۶: در مهندسی عمران معمولا بهینه‌سازی در سازه‌های گسسته همانند خرپاها و قاب‌ها انجام می‌گیرد. ولی در این مثال، یک نمونه بهینه‌سازی شکل بر روی یک قاب ساختمانی تحت اثر بارهای جانبی زلزله بررسی می‌شود. این قاب در ابتدا توپر بوده و در ادامه بر اساس معیارها و قیدهای تعریف شده بخشی از حجم مصالح حذف شده و بخش موثر باقی می‌ماند.
• اهداف: بهینه‌سازی محیط پیوسته در اثر بارهای وارده
مثال ۷: در این مثال یک اتصال بتنی توسط نبشی، ورق و بولت‌های فولادی تقویت می‌شود. تقویت مورد نظر به منظور بهبود رفتار برشی چشمه اتصال صورت می‌گیرد. این اتصال تحت بارگذاری چرخه‌ای قرار می‌گیرد و ترک‌های کششی در اتصال و چشمه اتصال بررسی می‌شود.
• اهداف: نحوه سرهم کردن قطعات در یک مدلسازی پیچیده، تعریف و پیدا کردن صفحات مورد نظر برای تعریف اندرکنش، تعریف اندرکنش بین قطعات، بارگذاری چرخه‌ای و ترسیم منحنی هیسترزیس اتصال
مثال ۸: پایش سلامت سازهها یکی از جدیدترین مباحت در مهندسی عمران می‌باشد. طی یک مثال، تشخیص ترک در یک تیر آلومینیومی با استفاده از امواج Lamb هدایت شده، توضیح داده شده است. تئوری این امواج نیز مورد بررسی قرار گرفته و نحوه انتشار و تشخیص ترک در تیر بررسی می‌شود.
• اهداف: تئوری امواج هدایت شونده، تعریف یک موج Lamb در نرم‌افزار، استخراج خروجی‌های مورد نیاز برای تشخیص ترک و محاسبات به منظور تعیین موقعیت ترک
مثال ۹: در این مثال یک قاب فولادی که به میراگر ویسکوز مجهز شده است، تحت بارگذاری زلزله قرار می‌گیرد. در این مثال نحوه مدلسازی میراگرهای ویسکوز خطی و همچنین نحوه بارگذاری زلزله بر روی سازهها توضیح داده می‌شود. همچنین تفاوت بین انرژی‌های مستهلک شده و سایر انرژی‌ها در سازه با و بدون میراگر مورد مقایسه قرار می‌گیرد.
• اهداف: مدلسازی میراگر ویسکوز خطی به وسیله لینک‌ها، تعریف شتاب‌نگاشت زلزله در نرم‌افزار، اعمال شتاب پایه به سازه، استخراج خروجی انرژی وارد شده و ایجاد شده در سازه طی زلزله
مثال ۱۰: در این مثال، مودهای کمانشی و فرکانس هر مورد برای ورق مستطیلی استخراج می‌شود. در این مثال مودهای کمانشی از تحلیل فرکانسی بدست آمده و با مقادیر تحلیل بدست آمده از رابطه‌های تئوری صفحات و پوسته‌ها مورد مقایسه قرار می‌گیرد.
• اهداف: تعریف سازگاری بین واحدهای نرم‌افزار در تحلیل فرکانسی، بدست آوردن مودهای کمانشی ورق و فرکانس متناظر با هر مود
مثال ۱۱: در تقویت و بهسازی لرزه‌ای سازه‌های بتنی، استفاده از ژاکت فولادی یکی از راهکارهای افزایش مقاومت و شکل‌پذیری می‌باشد. در این مثال، یک ستون بتنی با استفاده از نبشی و بست‌های فولادی تقویت شده است. این ستون تحت بارهای ثقلی و بارهای جانبی چرخه‌ای قرار گرفته است.
• اهداف: تعریف اندرکنش بین قطعات، بارگذاری مرحله‌ای، تعریف بارگذاری چرخه‌ای و استخراج منحنی هیسترزیس ستون
مثال ۱۲: یک نمونه دیگر از میراگرها، میراگرهای تسلیمی می‌باشند که توسط پلاستیسیته فولاد انرژی وارده ناشی از زلزله را میرا می‌کنند. این میراگرها تحت اثر تنش‌ها وارد عملکردهای متفاوتی شامل محوری، خمشی، برشی و پیچشی دارند. در این مثال، یک نمونه میراگر تسلیمی با عملکرد توام برشی و خمشی مورد مدلسازی قرار گرفته است. بارگذاری نمونه به صورت چرخه‌ای می‌باشد.
• اهداف: بررسی رفتار چرخه‌ای میراگر تسلیمی و منحنی هیسترزیس استخراج شده
ذکر چند نکته در رابطه با نرم‌افزارهای اجزا محدود خالی از لطف نیست. بسیاری از نرم‌افزارهای اجزا محدود، ابزارهای تحلیل محسوب می‌شوند و بر خلاف نرم‌افزارهای تجاری همانند ETABS یا SAP2000 از قدرت طراحی بسیار کمی برخوردار می‌باشند.
فلذا کاربر باید برای حصول اطمینان از خروجی نتایج به بسیاری از مباحث و تئوری‌ها در سطوح تحصیلات تکمیلی آشنا و مسلط باشد. مباحث تئوری الاستیسیته و پلاستیسیته کاربردی، اجزا محدود خطی و دینامیک سازهها در دوره کارشناسی ارشد و مکانیک شکست و اجزا محدود غیرخطی در دوره دکتری از اصلی‌ترین مراجع برای پیش مطالعه این گونه نرم‌افزارها می‌باشند. چند مرجع مناسب برای هر مبحث معرفی می‌شود.
کتاب پروژههای جامع و کاربردی مهندسی عمران در ABAQUS
| تئوری الاستیسیته و پلاستیسیته کاربردی | · Elasticity: Theory, Applications, and Numerics, Sadd, 2004.
· Applied Elasticity and Plasticity, Kassir, ۲۰۱۷ |
| اجزا محدود خطی | · Finite Element Procedures, K.J. Bathe, ۲۰۰۷.
· Structural Analysis with the Finite Element Method. Linear Statics Volume 1: Basis and Solids, Oñate, 2009. |
| دینامیک سازهها | · Dynamics of Structures, Chopra, 2016
· Structural Dynamics Theory and Computation, Paz and Leigh, 2004 |
| مکانیک شکست | · Fracture Mechanics of Concrete: Applications of Fracture Mechanics to Concrete, Rock and Other Quasi-Brittle Materials, Shah, Swartz, Ouyang, ۱۹۹۵. |
| اجزا محدود غیرخطی | · Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures, Crisfield, ۱۹۹۶.
· Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis, Kim, 2015. |
البته برای هر مبحث می‌توان کتاب‌ها و مراجع متنوعی معرفی نمود، ولی مراجع معرفی شده به صورت روان و کاربردی به موضوع پرداخته‌اند.
به دلیل اینکه این نرم‌افزارها، وظیفه تحلیل را دارند، اگر ورودی مناسبی نداشته باشند، خروجی نیز نامناسب و حتی نامناسب‌تر خواهد بود. در مبحث اجزا محدود اصطلاح garbage in, garbage out بسیار متداول می‌باشد. با بررسی رفتار سازهها و دانش کافی می‌توان نتایج نرم‌افزار را تا حد بسیار زیادی کنترل نمود. بنابراین توصیه می‌شود قبل از کار با نرم‌افزار و شروع مدلسازی ابتدا ورودی‌های مدل، تئوری مصالح، تئوری حاکم بر مدل، نحوه بارگذاری و خروجی‌های آن مشخص شوند. سپس بر اساس شرایط مرزی و اندرکنش‌های نزدیک به واقعیت، مدلسازی انجام گیرد.
مدل سازی سازه های پیچیده
در مدلسازی سازه‌های پیچیده که متشکل از چند مرحله و تحلیل می‌باشند، ابتدا یک مساله ساده به صورت مجزا در هر مرحله انجام شود و نتایج هر بخش جداگانه کنترل شوند. بعد از اطمینان از نتایج خروجی، مدلسازی سازه پیچیده انجام گیرد. اگر مساله به شکلی باشد که بتوان آن را با نتایج یک مساله تحلیلی ریاضی صحت‌سنجی نمود، بر اعتبار مدلسازی افزوده می‌شود.
بله, خیر
کتاب پروژههای جامع و کاربردی مهندسی عمران در ABAQUS
دیگران را با نوشتن نظرات خود، برای انتخاب این محصول راهنمایی کنید.
لطفا پیش از ارسال نظر، خلاصه قوانین زیر را مطالعه کنید: فارسی بنویسید و از کیبورد فارسی استفاده کنید. بهتر است از فضای خالی (Space) بیشازحدِ معمول، شکلک یا ایموجی استفاده نکنید و از کشیدن حروف یا کلمات با صفحهکلید بپرهیزید. نظرات خود را براساس تجربه و استفادهی عملی و با دقت به نکات فنی ارسال کنید؛ بدون تعصب به محصول خاص، مزایا و معایب را بازگو کنید و بهتر است از ارسال نظرات چندکلمهای خودداری کنید. بهتر است در نظرات خود از تمرکز روی عناصر متغیر مثل قیمت، پرهیز کنید. به کاربران و سایر اشخاص احترام بگذارید. پیامهایی که شامل محتوای توهینآمیز و کلمات نامناسب باشند، حذف می‌شوند. از ارسال لینکهای سایتهای دیگر و ارایهی اطلاعات شخصی خودتان مثل شماره تماس، ایمیل و آیدی شبکههای اجتماعی پرهیز کنید. با توجه به ساختار بخش نظرات، از پرسیدن سوال یا درخواست راهنمایی در این بخش خودداری کرده و سوالات خود را در بخش «پرسش و پاسخ» مطرح کنید. هرگونه نقد و نظر در خصوص سایت فروشگاه ما، خدمات و درخواست کالا را با ایمیل info@yourdomain.com یا با شمارهی ۰۰۰۰ - ۰۲۱ در میان بگذارید و از نوشتن آنها در بخش نظرات خودداری کنید.