مقاله تجزیه و تحلیل تنشهای حرارتی در سدهای بتن غلتکی با روش المان محدود و شبکههای عصبی

word قابل ویرایش
10 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان

تجزیه و تحلیل تنشهای حرارتی در سدهای بتن غلتکی با روش المان محدود و شبکههای عصبی
چکیده
تحلیل حرارتی سدهای بتن غلتکی در طراحی و ساخت این سدها نقش بسیار مهمی دارد. کنترل تنش های- حرارتی در زمان ساخت سد باعث افزایش بهرهوری این نوع سدها به هنگام آبگیری و زمان بروز بارهای لرزه ای از جمله زلزله میشود. ارائه روش برای پیش بینی تنش ها و کنش های حرارتی این نوع سدها همواره مورد توجه محققین و طراحان بوده است. برای انجام تحقیق از برنامه ABAQUS که بر مبنای المان محدود عمل میکند، استفاده شده است. برای اعتبارسنجی آنالیز حرارتی- مکانیکی، شبیه سازی حرارتی سد کینتا مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج عددی با نتایج ترموکوپل های جاگذاری شده در سد مقایسه شده است. نتایج اعتبارسنجی نشان میدهد که تطابق مناسبی میان اطلاعات عددی و آزمایشگاهی موجود است P_Value) برابر .( ۰,۹۷۶ در این میان نتایج آماری اختلاف معنی داری را بین دو نمونه نشان نمیدهد. برای ایجاد رابطه غیرخطی در بین نتایج عددی، روش شبکه عصبی مورد استفاده قرار گرفته است. برای این عمل با بررسی مدل های مختلف با تعداد نرونهای میانی متفاوت و با توجه به شاخصهای ارزیابی مدل مناسبترین تعداد لایهها، ساختار بهینه مدل از نظر تعداد نرونهای میانی و مشخصات شبکه و توابع فعالیت آن انتخاب شده است. با بررسی نتایج شبکه عصبی با نتایج آزمایشگاهی تطابق بسیار مناسبی ما بین مدل غیرخطی شبکه عصبی و نتایج مشاهده میشود.

کلمات کلیدی: تنشهای حرارتی، سد بتن غلتکی، شبکههای عصبی مصنوعی، برنامه المان محدود ABAQUS،
آنالیز حرارتی

مقدمه
استفاده از بتن غلتکی میتواند سرعت عملیات ساخت سدهای بتنی را به نحو چشمگیری افزایش دهد. از سوی دیگر عدم امکان استفاده از سیستمهای پس سرد کن بتن و محدود بودن تعداد درزهای عرضی در این نوع سدها باعث شده تا بررسی مسائل حرارتی و پروفیلهای زمانی دمای بتن بدنه سد از پارامترهای مهم در طراحی و برنامهریزی اجرایی این نوع سدها به شمار آید . [ ۲ ]
در این راستا از روشهای مختلفی از قبیل ساخت مدل، روشهای تحلیلی و گرافیکی و روشهای عددی استفاده شده است. امروزه روشهای محاسباتی عددی- ریاضی به عنوان جدیدترین و مناسبترین روش برای انجام این محاسبات شناخته شده است.
هینکس و کوپلی روشی برای پیشبینی دماها و تنشهای حرارتی در سدهای بتن غلتکی ارایه دادهانداز. در این روش نرم افزارهای عمومی در زمینه المان محدود غیرخطی استفاده شده است . [ ۳ ] در مطالعه موردی یک سد در سال ۱۹۶۶ این واقعیت را نمایان ساخت که روش عددی اجزاء محدود به کار گرفته شده در تحلیل تنشهای موجود در بدنه این نوع سدها، نتایج قابل قبول و نزدیک به واقعیت و با ضریب اطمینان بالا را نسبت به نتایج کسب شده از بررسیهای فیزیکی حاصل میکنند .[ ۴ ] در سال۱۹۹۲ تترو و شرایدر در یک مطالعه موردی روشی تجربی را برای محاسبه گام به گام به دست آوردن خصوصیات ترکهای حرارتی، از جمله محل و پهنا به روش عددی در سدهای بتن غلتکی ارائه دادند [۱۹]
. در سال ۱۹۹۲ بارت و همکاران در مطالعه موردی دیگری بر اساس روشی تحلیلی به برآورد اثر حرارت در تولید گرما در سد بتن غلتکی پرداخته و روش عددی اجزاء محدود را برای رسیدن به این مقصود انتخاب کردند .[ ۵ ]
در مطالعه موردی دیگری در سال ۱۹۹۴ کارسون و سورنسن با استفاده از روش اجزاء محدود به بررسی معادلات انتقال حرارت در سدهای بتن غلتکی پرداخته و به همگرایی خوبی بین نتایج عددی به دست آمده از برنامه کامپیوتری و اندازهگیریهای حقیقی صورت گرفته، در نتایج کاری ارائه کردند .[ ۵ ] در سال ۲۰۰۱ چن و همکاران به تحلیل تنشهای حرارتی در سد بتن غلتکی به روش اجزای محدود سه بعدی پرداختند و به این مهم دست یافتند که افزودن پوزولان در بتن مصرفی، باعث کاهش ۱۵تا۵۰ درصدی ترکهای ناشی از هیدراتاسیون سیمان میشود .[ ۶ ] در سال ۲۰۰۳ ملکاوی و همکاران به تحلیل حرارتی سد بتن غلتکی مجیب در کشور اردن، به روش اجزای محدود دو بعدی و سه بعدی پرداخته و برای شبیهسازی مراحل ساخت سد از برنامه عددی Ansys کمک گرفتند .[ ۷ ]
در مطالعه موردی دیگر آقایان رواندا و همکاران در سال ۲۰۰۵ به بررسی ترکهای حرارتی در سد لابرنادو در هنگام ساخت پرداختهاند و در روش غیرخطی توسعه یافته تحلیل ساختاری به کمک روش اجزای محدود به این دست یافتند که در تحلیل مکانیکی، در صورتی که وزن کل سد در نظر گرفته شود تنشهای سهمحوری به دستصورتیمیآید و در که بار حرارتی نیز بدان اضافه شود این امر باعث آشکار شدن تنش کششی بسیار زیاد در پی سد و سطوح بالادست و پاییندست میشود .[ ۸ ] در یک مطالعه عددی دیگر در سال ۲۰۰۵ باروس و همکاران به تحلیل عددی و گسترش کاربرد برنامه کامپیوتری در آنالیز حرارتی در احجام بزرگ بتنی و با تأکید ویژه بر روی سدهای بتن غلتکی پرداختند و به این مهم دست یافتند که در این نوع سدها برنامه زمانبندی ساخت، تأثیر بسزایی در مدت تولید حرارت بتن و دامنه تنش دارد که می تواند ترکهای حرارتی متنوعی را تولید کند .[ ۹ ] در سال ۲۰۰۶ نورزایی و همکاران به تحلیل حرارتی سد بتن غلتکی وزنی کینتا۱ پرداختند که یکی از اولین سدهای بتن غلتکی کشور مالزی به روششمار میرود و به کمک عددی اجزای محدود دو بعدی به بررسی توزیع حرارت پرداخته و به نتایج بسیار مشابهی با حرارتسنجهای کارگذاشتهشده در بدنه سد دست یافتند .[ ۱ ]

در این تحقیق برای ایجاد رابطه غیرخطی در بین نتایج عددی حاصل از آنالیز غیر کوپل حرارتی و مکانیکی در برنامه المان محدود ABAQUS از روش شبکه عصبی استفاده شده است و رابطه کلی میان خروجی و ورودی مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی با ساختار پرسپترون چند لایه و الگوریتم پس انتشار خطا، به دست آمده است.

آنالیز عددی
روش حل
در انجام آنالیز تنشهای حرارتی در سد RCC ابتدا آنالیز تولید و اتلاف حرارت در میان سد انجام میگیرد. جهت شبیهسازی توالی ساخت از تکنیک مرگ و تولد (شکل(۱، استفاده میشود و بعد یا به طور همزمانازآنالیز سازهای سد طریق تبدیل تغییرات درجه حرارت به نیروهای نقطهای معادل و اضافه کردن بار وزن به آن انجام میشود .[ ۱۰ ]

شکل -۱ تکنیک مرگ و تولد المĤنها مطابق با برنامه زمانبندی بتنریزی:
( a تولید مش، ( b فعالسازی پی سنگی، ( c پیدایش اولین لایه، ( d پیدایش دیگر لایهها

قابل ذکر است که پروسه ساخت به صورت یک روند گام به گام مدل شده و هر گام بتنریزی لایه جدید را ارائه میدهد.
فرضیه بارزی در این آنالیز در نظر گرفته شده است که آنالیزهای تنش و حرارت به صورت غیرهمزمان بوده و تغییر مکانهای سازهای در نتایج آنالیز حرارتی تاثیرگذار نیستند. در این آنالیز، میدان توزیع حرارت وابسته به زمان به عنوان قسمتی از بارهای مکانیکی و شرایط مرزی در آنالیز تنش وارد میشود .[ ۱۱ ]

در این تحقیق آنالیز غیرخطی و غیر کوپل حرارتی- مکانیکی ( NISA) به کمک برنامه المان محدود ABAQUS
انجام گرفته است.

اعتبار سنجی
نتایج مدل عددی با ترموکوپلهای قرار گرفته در بدنه سد بتن غلتکی کینتا که اولین سد بتن غلتکی در مالزی است (مرجع شماره (۱ مقایسه میشود. بیشترین ارتفاع سد ۷۸ متر بوده و طول تاج آن ۷۰۰ متر است. کل بدنه سد به ۲۷ مرحله بتنریزی تقسیم شده که در این تحقیق ۱۰ مرحله آن مدل میشود. بنابراین کل ارتفاع مدل شده ۳۰ متر است.
خصوصیات مصالح برای RCC و پی در جدول ۱ نشان داده شده است.

اشکال ۲ و ۳ نمونهای از نتایج آنالیز حرارتی و مکانیکی سد را نشان میدهند. از آنجایی که اتلاف حرارت در بتن از
مرکز لایه به سمت رویهها به آهستگی انجام میگیرد ولی نقاط نزدیک رویه سریعا با دمای محیط هم دما میشوند، گرادیان حرارتی در نقاط نزدیک رویه بالا بوده و بنابراین تنشهای کششی بزرگی در نزدیکی رویهها اتفاقو میافتد میتوان گفت نقاط نزدیک رویه به شدت مستعد ترکخوردگی هستند.

شکل :۲ توزیع تنش اصلی ماکزیمم در پایان بتنریزی لایه دهم شکل :۳ توزیع حرارتی بعد از یک ماه از زمان بتنریزی لایه دهم

در شکل ۴ مکان ترمکوپلهای به کار رفته در اعتبارسنجی نشان داده شده است. شکلهای ۵ و ۶ دو نمونه از نتایج حاصل از آنالیز حرارتی دو بعدی برنامه ABAQUS و ترموکوپلهای واقع در بدنه سد (مرجع شماره (۱ را نشان میدهند. نتایج اعتبارسنجی نشان میدهد که تطابق مناسبی مابین نتایج عددی و آزمایشگاهی موجود است. نتایج آزمون T ، با استفادهافزاراز نرم، مقدارSPSS مقدار Value برابرP_ را ۰,۹۷۶ نشان میدهد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 10 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد