شماره مدرك
21035
شماره راهنما
2472 دكتري
پديد آورنده
برجي، امين
عنوان
تحليل الاستوديناميك غيرخطي سازه هاي قابي و خرپايي به روش گام به گام باقيمانده وزني زماني
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
سازه
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هجده، 161ص.: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
آناليز غيرخطي هندسي , تغيير شكلهاي بزرگ , روش باقيمانده وزني زماني , روشهاي بدون شبكه , سازههاي قابي , آناليز ديناميكي , جرم متمركز
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/21
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي عمران
دانشكده
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/21
كد ايرانداك
23219416
چكيده فارسي
هدف از اين پژوهش، آناليز ديناميكي سازههاي دوبعدي متشكل از اعضاي قابي، با لحاظ كردن اثرات غيرخطي هندسي اعضا، به روش گامبهگام باقيمانده وزني زماني است. اثرات غيرخطي هندسي در دو حالت تغيير شكلهاي نسبتاً بزرگ و بزرگ، قابلبررسي است. در حالت اول به دليل اينكه تغييرشكلها بزرگ نيستند، ميتوان از تغيير راستاي نيرو در طول گامهاي بارگذاري صرفنظر كرد، ولي در حالت دوم به دليل تغييرشكلهاي بزرگ، اثر تغيير راستاي نيروي وارد بر عضو قابلتوجه بوده و لذا اثر آن بايد در بهروزرساني هندسه و بارگذاري در نظر گرفته شود. در نظر گرفتن اثرات غيرخطي هندسي، دستگاه معادلات ديفرانسيل حاكم و شرايط مرزي نيرويي را غيرخطي كرده و لذا حل مسئله را با پيچيدگيهايي روبهرو ميكند.
در اين پژوهش، در ابتدا با در نظر گرفتن تغيير شكلهاي نسبتاً بزرگ، معادلات ديفرانسيل حاكم بر مسئله استخراجشده و پس از آن به روش گامبهگام باقيمانده وزني زماني حل خواهد شد. با توجه به اينكه روش پيشنهادي يك روش بدون شبكه است، بدون نياز به المانبندي عضو و فقط با در نظر گرفتن دو گره ابتدايي و انتهايي آن، روند حل مسئله در طول زمان دنبال خواهد شد. استفاده از روابط پيشانتگرالگيري در كنار ارضاي وزني زماني معادلات تعادل، ايده اصلي روش پيشنهادي است. براي حل معادلات با روش پيشنهادي، در ابتدا كليه ترمهاي غيرخطي به سمت راست تساوي منتقل شده و پس از آن خطيسازي بخشهاي غيرخطي بر اساس روش تكرار مستقيم و به كمك بسط تيلورانجام خواهد شد. نهايتاً با استفاده از ايده تركيب قلهها، بخشهاي خطيسازي شده به صورت نمايي در خواهد آمد. در ادامه با پيادهسازي فرمولبندي توسعه داده شده در حل مسائل تير ستون، قاب و خرپا، كارايي روش نشان داده شده است.
با توجه به موارد گفته شده، در ابتدا حل مسئله در حالت تغييرشكلهاي كوچك ارائه خواهد شد و با كمك دو مدل آزمايشگاهي قاب تحت بار ضربه و جرم متحرك، دقت روش پشنهادي در حل مسائل عملي بررسي شده است. پس آن با توسعه روابط براي تغييرشكلهاي نسبتاً بزرگ، مسائل مختلف تير ستون با شرايط مرزي و بارگذاريهاي مختلف تحليل شده است. نتايج تحليل نشاندهنده آن است كه روش پيشنهادي در مقايسه با روشهاي عددي ديگر، از دقت مطلوب و زمان تحليل به مراتب كمتري برخوردار است. در گام بعدي حل براي مسائل قاب و خرپا توسعه داده شده و در مثالهاي حل شده تاثير شدت بار فشاري، فركانس تحريك جانبي، لاغري عضو مهاربندي و نامنظمي هندسي سازهها روي نتايج تحليل غيرخطي هندسي بررسي شده است. در ادامه با اضافه كردن اثر جرم متمركز روي سازه خرپا، تاثير اين مورد نيز بررسي شده است. در بخش پاياني رساله، مسئله غيرخطي هندسي با فرض تغيير شكلهاي بزرگ به روش پيشنهادي موردبررسي قرار خواهد گرفت. در انتها براي ارزيابي روش پيشنهادي در حل اين مسائل، با حل دو مثال تير دو سر مفصل و قاب پرتال، كارايي روش نشان داده خواهد شد.
چكيده انگليسي
The aim of this research is to analyze the dynamic behavior of two-dimensional frame
structures by considering the nonlinear effects of the geometric members using the time
weighted residual stepwise method. The nonlinear effects of the geometry can be investigated
in two cases of relatively large and large deformations. In the first case, because the
deformations are not large, the change in the direction of the force during the loading steps
can be ignored, but in the second case, because of the large deformations, the effect of the
change in the direction of the force on the member is significant and therefore its effect must
be considered in the geometry and loading update. Considering the nonlinear effects of the
geometry makes the system of governing differential equations and force boundary
conditions nonlinear and therefore complicates the solution of the problem.In this study,
initially, by considering relatively large deformations, the governing differential equations of
the problem are extracted and then solved using the time-weighted residual stepwise method.
Given that the proposed method is a mesh-free method, without the need for elementing the
member and only by considering its two initial and final nodes, the problem solving process
will be followed over time. The main idea of the proposed method is to use pre-integration
relations along with the time-weighted satisfaction of the equilibrium equations. To solve the
equations with the proposed method, initially all nonlinear terms are transferred to the right
side of the equality and then the nonlinear parts are linearized based on the direct iteration
method and with the help of Taylor expansion. Finally, by using the idea of combining peaks,
the linearized parts will be transformed into exponentials.In the following, the efficiency of
the method is demonstrated by implementing the developed formulation in solving beam
column, frame and truss problems.
Considering the above, first the solution of the problem will be presented in the case of small
deformations and with the help of two laboratory models of the frame under impact load and
moving mass, the accuracy of the proposed method in solving practical problems has been
investigated. Then, by developing relations for relatively large deformations, various beam
column problems with different boundary conditions and loadings have been analyzed. The
analysis results show that the proposed method has the desired accuracy and much less
analysis time compared to other numerical methods. In the next step, the solution for frame
and truss problems is developed and in the solved examples, the effect of compressive load
intensity, lateral excitation frequency, bracing member slenderness and geometric irregularity
of the structures on the results of geometric nonlinear analysis has been investigated.Next, by
adding the effect of concentrated mass on the truss structure, the effect of this case is also
investigated. In the final part of the thesis, the geometric nonlinear problem assuming large
deformations will be investigated by the proposed method. Finally, to evaluate the proposed
method in solving these problems, the efficiency of the method will be demonstrated by
solving two examples of a hinged beam and a portal frame.
استاد راهنما
بشير موحديان عطار , بيژن برومند قهنويه
استاد داور
محمد سيلاني , مهدي زندي آتشبار , سعيد صرامي