شماره تماس مدرس جهت مشاوره و پشتیبانی آموزشی 09378825252-09155519509

چکیده

تحلیل خطر پذیری سازه های مدفون درخاک از جمله تونل ها و خطوط لوله دربرابر انفجار بعنوان یکی از مهم ترین شریان های حیاتی، در کشور ازاهمیت ویژه ای برخوردار است پارامتر های مختلفی از جمله عمق انفجار، محدوده انفجار و فاصله قرار گرفتن سازه از محل منبع انفجار در خرابی ها موثر می باشند تحقیق حاضر به بررسی رفتار سازه های زیرزمینی مدفون در یک سیستم خاک دو لایه ای در برابر بارگذاری ناشی از انفجار زیرزمینی، تحت مدل های مختلف رفتاری خاک به کمک نرم افزار ABAQUS v611می پردازد در این راستا، ابتدا تحلیل حوزه آزاد انفجار روی سطح و داخل خاکهای مختلف انجام می گیرد تا پدیده انتشار امواج در داخل خاکهای مختلف بررسی گردد این تحلیل با تقریب عددی تغییرات عمق انفجار بین 2 تا 6 متر ازسطح زمین و مدل های رفتاری مختلف خاک با پارامترهای فیزیکی و مکانیکی متفاوت به بررسی تاثیرات آن برروی خرابی سازه و نحوه انتشار امواج ناشی از انفجار می پردازد سپس با مقایسه نتایج تحلیل نرم افزاری و آزمایشگاهی مشخص گردید که نتایج مدل رفتاری کم-کلی در پلاستیسیته کم مطابقت بیشتری با مدل دراگر-پراگر اصلاح شده دارد از طرفی براساس نتایج آزمایشگاهی ملاحظه می گردد مدل دراگر-پراگر اصلاح شده در مقایسه با رفتار موهر-کولمب برای خاکهای چسبنده عملکرد بهتری داشته است همچنین در زوایای اصطکاک داخلی بزرگتر از 22 در جه، نتایج مدل های دراکر- پراگر و موهر کولمب بر هم منطبق است این تحقیق نشان می دهد, انفجار های زیر زمینی در مقایسه با انفجار های سطحی در شرایط یکسان تاثیرات بیشتری را برروی سازه های مدفون در خاک دارد


فصل اول مقدمه و کلیات 1

1-1- مقدمه 1

1-2-    بیان مسئله 2

1-3-    سئوالات تحقیق 2

1-4-    فرضیات تحقیق 3

1-5-    توضیح ساختار پایاننامه 3

فصل دوم 5

ادبیات فنی موضوع و پیشینه پژوهش 5

2-1- مقدمه 5

2-2- روش های حل در اجزا محدود 6

2-2-1- اجزا محدود فازی 7

2-2-3-    روش تفاضل محدود 7

2-2-4-    روش های طیفی 8

2-3- گوناگونی شیوه ها 8

2-3-1-    روش های طیفی فوریه 8

2-3-2-    روش های طیفی چبیشف 9

2-3-3-    متغیر وابسته و مستقل 9

2-3-3-1-    متغیرمستقل 9

2-3-3-2-    متغیر وابسته 9

2-4-    طبقه بندی مواد منفجره 11

2-5-    انفجار 11

2-5-1- انواع انفجار بر مبنای محل وقوع 11

2-5-1-1- انفجار در سطح زمین ) انفجار هوائی( 12

2-5-1-1-1-    انفجار مولکولی 12

2-5-1-1-2-    انفجار اتمی 12

2-5-1-2- انفجار در زیر زمین 13

2-5-1-2-1- دینامیک انفجار در زیر خاک نامحدود 13

2-5-1-2-2 – دینامیک انفجار در خاک محدود به سطح آزاد 14

2-5-1-3- انفجار در آب 14

2-5-2- انواع انفجار بر حسب شدت ماده منفجره 15

2-6-    مدل کردن بار انفجار 15

2-7-    امواج ناشی از انفجار 15

2-8-    اصل فرما 16

2-9-    شناخت موج انفجار 17

2-9-1-    تحلیل عددی پدیده 19

2-9-2-    فشار دینامیکی 21

2-11- پارامترهای موج انفجار در برخورد با سازه ها 21

2-11-1-    فشار فوق العاده موج جلو رونده 22

2-11-2-    فشار دینامیکی 25

2-11-3-    فشار انعکاسی 27

2-11- انتشار امواج در لایه ها با جنس نامتشابه 28

2-11-1- پاسخ دینامیکی خاک لایه ای در مقابل انتشار امواج رایلی 31

2-12-    مدل های رفتاری خاک 32

2-13-    نظریه خمیری 33

2-13-1- نظریه خمیری کلاسیک و غیرکلاسیک 33

2-13-1-1- ارکان نظریه خمیری کلاسیک 33

2-13-1-1-1- شرط تسلیم 34

2-13-1-1-2-تابع پتانسیل خمیری 35

2-13-1-1-3- قانون جریان )سیلان( خمیری 35

2-14- الگوهای ارتجاعی 37

2-14-1-    معیار ون میسز 37

2-14-2-    معیار تسلیم ترسکا 38

2-14-3-    معیار تسلیم موهر کولمب 39

2-14-4-    معیار تسلیم دراکر پراگر 41

2-14-5-    معیار تسلیم دراکر پراگر کلاهک دار 42

2-15- پیشینه پژوهش 44

2-15-1-    مطالعات انجام شده توسط سیاف فلاح نسیمی 44

2-15-2-    مطالعات انجام شده توسط شهیما رحمتی پور وهمکاران 44

2-15-3-    مطالعات انجام شده توسط محمدمهدی امینی و همکاران 44

2-15-4-    مطالعات انجام شده توسط کاظم نجم و همکاران 49

2-15-6-    مطالعات انجام شده توسط یوبینگ یانگ و همکاران 55

2-15-7-    مطالعات انجام شده توسط آنیربان و همکاران 59

2-15-8-    مطالعات انجام شده توسط حبیب شاهنظری و فرشاد ابراهیمی 61

فصل سوم 46

مواد و روش ها    46

3-1- مقدمه    64

3-1-1- معرفی المانها در ABAQUS    66

66 ABAQUS اصول -2-1-3

3-1-3- محیطهای ABAQUS 67

3-2- روش های حل مسائل دینامیکی در ABAQUS 68

3-3- صحت سنجی نرم افزار 71

3-4- مدل بررسی شده در تحقیق حاضر 75

3-4-1- هندسه مدل 75

3-4-2- مدل مواد 77

3-5- شرایط مرزی 81

3-6- موج انفجاردر خاک 83

3-7- میرایی رایلی 83

فصل چهارم 55

نتایج تحلیل ها و بحث و بررسی 55

4-1- مقدمه 85

4-2- آنالیز حساسیت مدل 86

4-2-1- تعیین بعد مدل در جهت افقی و قائم 86

4-2 -2- ایجاد شبکه مش بندی 91

4-3- اندرکنش خاک و سازه مدفون 93

4-4- نتایج کامل تحلیل انجام شده 93

4-4-1- مدل های دراکر-پراگر و موهر کولمب 94

4-4-2- مدل های دراکر-پراگر و کم-کلی 113

4-4-3- تاثیرعمق قرار گیری انفجار در مدل دراکر-پراگراصلاح شده 117

فصل پنجم 121

خلاصه، نتیجه گیری و پیشنهادات 121

5-1- خلاصه 121

5-2- نتیجه گیری 121

5-3- پیشنهادات 122

فهرست مراجع 124


فصل اول

مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه

مقوله انتشار امواج یكی از مهمترین مسائل مطرح شده در صنایع نظامی، استخراج معادن و ساخت و ساز می باشد. امروزه با توجه به افزایش حملات تروریستی در سراسر دنیا و امكان بمب گذاری در نزدیكی ساختمان ها و اماکن شهری، طراحی ساختمانها در مقابل بارهای ضربه ای ناشی از انفجار، مورد توجه ویژه ای قرار گرفته است. گام نخست در نیل به این هدف، شناسایی ماهیت انفجار و بارهای ناشی از آن است. انفجار به صورت آزاد شدن ناگهانی و سریع حجم بسیار زیادی از انرژی است که تولید نور، گرما ،صدا و موج ضربه ای می نماید. این موج شامل هوای بسیار متراکمی است که به صورت شعاعی و کروی با سرعتی در حدود سرعت صوت از منبع انفجار به سمت خارج حرکت می کند. انفجار همواره به عنوان یك منبع موج حائز اهمیت بوده است. در اثر انفجار ماده منفجره در داخل یك محیط پیوسته، درفاصله زمانی کوتاهی انرژی قابل توجهی آزاد می گردد. این انرژی ماده منفجره بصورت امواج لرزه ای در درون محیط منتشر می شود و ذرات محیط را به ارتعاش در می آورد. در بررسی های مربوط به تاثیر انفجار بر محیط پیوسته به مثابه محیط انتقال دهنده امواج، بارهای ضربه ای را به سازه ها و تاسیسات منتقل می کند. با گذشت زمان، جذب انرژی در محیط منجر به تضعیف انتشار موج و در نهایت سبب میرا شدن موج می گردد. عوامل متعددی از جمله نوع خاك، میرایی مصالح، تخلل، دانسیته، درصد رطوبت، اشباع شدگی و …در یك محیط پیوسته وجود دارد که در تسریع میرایی موج موثر هستند.

 

1-2- بیان مسئله

در این تحقیق، تحلیل رفتار سازه زیرزمینی که در معرض بار دینامیكی ناشی از بارگذاری انفجار در فاصله های متفاوتی از سقف سازه در یك سیستم خاك دو لایه ای بامدل های رفتاری متفاوت قرار گرفته است، مورد مطالعه و ارزیابی قرار می گیرد. نحوه انتشار امواج ناشی ازانفجار در یك سیستم خاك چند لایه ای بامدل های رفتاری متفاوت مد نظر می باشد. .برای مدل سازی سیستم خاك چند لایه ای با توجه به نوع بارگذاری دینامیكی، می توان ازروش های متعددی استفاده کرد. با توجه به نرم افزارهایی که در چند دهه اخیر با استفاده از تحلیل های عددی بوجود آمده پیشرفت قابل ملاحظه ای را در دقت محاسبات فراهم نموده است .تنش و نشست در بدنه تونل و همچنین میزان خرابی سازه تحت مدل های رفتاری متفاوت )موهر –کولمب، دراگر –پراگر و کم کلی( در لایه های مختلف خاك تجزیه و تحلیل شده است. جهت مدلسازی عددی فرآیند انفجار از نرم افزار المان محدود ABAQUS 6.11 استفاده شده است. در ابتدا جهت بررسی صحت کار نرم افزار ABAQUS 6.11 در مدلسازی انفجار، نتایج بدست آمده در آزمایش سانتریفیوژ شبیه سازی شده و نتایج آن با نتایج حاصل از تحلیل عددی نرم افزار مقایسه می گردد. در ادامه تاثیر پارامتر های مختلف خاك در برابر امواج دینامیكی ناشی از بار گذاری انفجار بر تنش و تغییر مكان های سقف )نقطه 1( و گوشه تونل )نقطه 2( مورد بحث و بررسی قرار می گیرد شكل)1-1(.

 

1-3- سئوالات تحقیق

  1. تاثیرانواع مدل های رفتاری خاك درپاسخ سازه های زیرزمینی تحت تاثیر بار دینامیكی ناشی از بارگذاری انفجارچگونه خواهد بود؟
  2. لایه لایه بودن خاك چه تاثیری برپاسخ سازه های زیرزمینی دارد؟
  3. فاصله و شعاع قرار گیری محل انفجار در یك سیستم خاك چند لایه ای چه تاثیری بر پاسخ سازه های زیرزمینی دارد؟

1-4- فرضیات تحقیق

مدل گسیختگی برای خاك مورد نظر مدل موهر-کولمب، دراگر- پراکر و کم-کلی در نظر گرفته شده است. خاك مورد نظر یك خاك دو لایه ای متشكل از رس می باشد. محدوده وقوع انفجار نیز در اعماق مختلف و به فاصله های متفاوت از سقف سازه زیرزمینی در نظر گرفته شده است. رفتار بتن بكار گرفته شده در سازه زیرزمینی از نوع غیر خطی و concrete damage plasticity می باشد.

 


1-5- توضیح ساختار پایاننامه

پایننامه شامل 5 فصل به ترتیب زیر می باشد:

  • فصل اول که فصل حاضر می باشد شامل شرح کلی و اهمیت مسئله، اهداف و دامنه بررسی ها ،فرضیات و روش تحقیق می باشد.
  • در فصل دوم مروری بر روش های حل، معرفی بارهای انفجار ونحوه انتشار آن در انواع محیط های پیرامون بحث وهمچنین انواع مدل های رفتاری خاك وروابط مربوط به آنها ارائه شده است. نهایتا در این فصل به معرفی پژوهش های انجام گرفته در این زمینه و زمینه های مشابه در سالهای مختلف پرداخته شده است.
  • فصل سوم به معرفی نرم افزار مورد استفاده و تعریف مسئله و مدلسازی و اهداف تحقیق حاضر با استفاده از فرضیات در نظر گرفته شده پرداخته شده است.
  • فصل چهارم به معرفی کامل مدل های مورد استفاده و تحلیل های انجام شده بر روی این مدل و بحث و بررسی نتایج حاصل از این تحلیل ها پرداخته است.
  • در فصل پنجم خلاصه و نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات برای تحقیقات آینده ارائه شده است.
  • در انتها منابع و مراجع مورد استفاده در پایاننامه به ترتیب استفاده در متن ارائه شده اند .

 


 

فصل دوم

 

ادبیات فنی موضوع و پیشینه پژوهش

 

2-1- مقدمه

روش اجزاء محدود یا روش المان محدود1 که به اختصار )FEM( نامیده می شود، روشی است عددی برای حل تقریبی
معادلات
دیفرانسیل
جزئی
و نیز حل
معادله
های
انتگرالی. کاربرد عملی اجزای محدود معمولا با نام تحلیل المان محدود )FEA( خوانده می شود. اساس کار این روش یا باحذف کامل معادلات دیفرانسیل یا ساده سازی آنها به معادلات دیفرانسیل معمولی، که با روشهای عددی مثل اویلر2 حل می شوند، می باشد. در حل معادلات دیفرانسیل جزئی مسئله مهم این است که به معادله ساده ای که از نظر عددی پایداراست” به این معنا که خطا در داده های اولیه و در حین حل آنقدر نباشد که به نتایج نا مفهوم منتهی شود”، برسیم. روشهایی با مزایا و معایب مختلف برای این امر وجود دارد، که روش اجزاء محدود یكی از بهترین آنهاست. این روش درحل معادلات دیفرانسیل جزئی روی دامنه های پیچیده )مانند وسائل نقلیه و لوله های انتقال نفت(، یا هنگامی که دامنه متغیر است، یا وقتی که دقت بالا در همه جای دامنه الزامی نیست و یا اگر نتایج، همبستگی و یكنواختی کافی را ندارند، بسیار مفید می باشد. به عنوان مثال در شبیه سازی یك تصادف در قسمت جلوی ماشین، نیازی به دقت بالای نتایج در عقب ماشین نیست، نیز در شبیه سازی و پیش بینی هوا روی کره زمین، هوای روی خشكی ها اهمیت بیشتری از هوای روی دریاها دارند.

نرم افزارهایی که به روش اجزا محدود به حل مسئله می پردازند عبارتند از:

2-2- روش های حل در اجزا محدود

 


آنالیز
مودی
1
با
استفاده
از
اف
ای
ام

که در این جا به اختصار به شرح برخی از روشها پرداخته شده است:

2-2-1- اجزا محدود فازی

اجزا محدود فازی2
روش
اجزاء
محدود
را که هم اکنون به خوبی بنیان گذاشته شده است را با
اعداد
فازی
در هم می آمیزد و نتیجه ای که به ما می دهد یك مورد خاص از
مجموعه
اعداد
فازی
است. استفاده از اعداد
فازی
به جای
اعداد
حقیقی
این سود را دارد که
عدم
قطعیت
)در مشخصات مصالح، پارامترها ،شكل هندسی، شرایط اولیه و غیره( نیز در محاسبات اجزای محدود در نظر گرفته می شود.

یك روش برای انجام تحلیل به روش اجزا محدود فازی، استفاده از نرم افزارهای موجود اجزا محدود )چه خانگی و چه تجاری( به عنوان مدول مرحله ی درونی برای رسیدن به جواب
قطعی
و سپس اضافه کردن یك حلقه ی مرحله ی خارجی برای کنترل فازی بودن )قطعی نبودن( جواب ها است. این مرحله ی خارجی برای حل کردن مسایل
بهینه
سازی
مورد استفاده قرار می گیرد. اگر مدول قطعی مرحله ی داخلی با توجه به متغییرهای ورودی، یك
رفتار
یكنواخت
از خود بروز دهد آنگاه مساله ی بهینه سازی جواب خارجی به مقدار زیادی ساده می شود. چون در این مورد
اکسترمم
در راس های دامنه قرار می گیرد.

 

2-3- گوناگونی شیوه ها

شیوه های عددی طیفی را می توان بر طبق
پایه
های
مورد استفاده در آن ها تقسیم بندی کرد:

2-3-1- روش های طیفی فوریه2

روش های طیفی فوریه برای حل بینهایت دقیق
معادلات
دیفرانسیل
پاره
ای
تحت
دامنه
های
متناوب
در
بعد
مكان
مورد استفاده قرار می گیرد. این روشها با
تبدیل
و
انتقال
سریع
مقادیر )گسسته( توابع از فضای فیزیكی مسئله داده شده به
فضای
فوریه، انجام آسان و سریع پردازش های مورد نیاز در آن جا، و سپس ،تبدیل سریع و معكوس فوریه به فضای فیزیكی اجراء می گردد.

2-3-2- روش های طیفی چبیشف

روش های طیفی چبیشف برای حل فوق العاده دقیق
معادلات
دیفرانسیل
پاره
ای، تحت دامنه های غیر تناوبی مورد استفاده قرار می گیرد.

2-3-3- متغیر وابسته و مستقل

متغیر
بر اساس نقشی که در پژوهش به عهده دارد به دو دسته مستقل و وابسته تقسیم می شود.

2-3-3-1- متغیرمستقل

متغیر مستقل1، متغیر پیش فرض است )به این معنی که این متغیر، مقدمه و متغیر وابسته، نتیجه آن است( و متغیر وابسته بر اساس تغییرات آن اندازه گیری و تعیین می شود. به این متغیر ،متغیر محرك یا درون داده گفته می شود و متغیری است که توسط پژوهشگر اندازه گیری، دستكاری یا انتخاب می گردد تا تاثیر یا رابطه آن با متغیر دیگر اندازه گیری شود.

در
تحقیق
آزمایشی، متغیر مستقل توسط محقق دستكاری می شود تا تاثیرات آن بر تغییرات متغیر وابسته مشخص شود. در یك تحقیق غیر آزمایشی متغیر مستقل توسط محقق دستكاری نمی شود ،ولی متغیری است که از پیش وجود دارد و فرض شده است که بر متغیر وابسته تاثیر دارد.

2-3-3-2- متغیر وابسته

متغیر وابسته2، متغیری است که ارزش یا مقدار آن به متغیر مستقل بستگی دارد. متغیر وابسته در اختیار محقق نیست و محقق نمی تواند در آن دخل و تصرف یا دستكاری کند. متغیر وابسته، متغیر پاسخ، عبارت است از وجه یا جنبه ای از رفتار یك ارگانیسم که تحریك شده است. متغیر وابسته، متغیری است که مشاهده یا اندازه گیری می شود تا تاثیر متغیر مستقل بر آن معلوم و مشخص شود.

در تحقیق آزمایشی متغیر وابسته به متغیری اطلاق می شود که در اثر اجرا، حذف یا تغییر متغیر مستقل ،آشكارا یا پنهان تغییر می کند. متغیر وابسته بر عكس متغیر مستقل در اختیار محقق نیست و او نمی تواند در آن تصرف یا دستكاری بعمل آورد.

2-4- طبقه بندی مواد منفجره]1[

انفجار ناشی از آزاد سازی آنی انرژی است. نمونه های معمول انفجار شامل انفجارهای شیمیایی، اتمی و انفجار ناشی از حرارت و مخزن فشار )بواسطه اشتعال( می باشد. اولین انفجار شیمیایی )باروت( در قرن دهم در کشور چین برای اهداف نظامی و اولین بهره برداری از انفجار برای مقاصد صنعتی در سال 1417 در کشور مجارستان انجام شده و اولین انفجار اتمی در سال 1965 در کشور ژاپن و شهر هیروشیما اتفاق افتاده است. انتشار امواج در درون زمین به ویژگی های کشسان1 محیط در برگیرنده، و منبع ایجاد تنش وابسته است. در توده های ناهمگن زمین، امواج در تمامی جهات منتشر می شوند و ذرات، محیط را به ارتعاش در می آورند. امواج حین انتشار در زمین، به دلیل انعكاس و انتقال های متعدد موج و جذب انرژی در فصل مشترك سطوح تضعیف می شوند. از نقطه نظر طراحی ژئوتكنیكی، توده خاك عمدتا ناپیوسته و اغلب ناهمگن2اند و خواص ناهمسان3 گردی دارند. طبیعت و توزیع عوارض ساختاری در داخل خاك، پاسخ توده خاك را به بارگذاری استاتیكی و دینامیكی تحت تأثیر قرار می دهد و در خلال انتشار موج6 از میان توده های خاك موجب تغییر پارامترهای موج مانند دامنه جابجایی ذره، بیشینه سرعت ذره، بیشینه شتاب ذره و دوام موج که از پارامترهای مهم تعیین میزان خسارت ناشی از انفجار به محیط هستند .

مواد منفجره بر اساس نوع آنها به سه دسته هسته ای، شیمیایی و مكانیكی تقسیم می شوند شكل)2-1(.

مواد منفجره مكانیكی موادی خنثی هستند و تحت تاثیر حرارت خیلی راحت تبخیر شده و فشار لازم را ایجاد می کنند. مواد منفجره هسته ای شامل پلوتونیوم، اورانیوم یا موادی شبیه آنها است که از نظر اتمی فعالند. فعل و انفعال اتمی تا سطحی بحرانی قابل کنترل است و بعد از این مرز انفجار بسیار مخربی روی خواهد داد. مواد منفجره شیمیایی بدو دسته اصلی تقسیم می شوند: تندسوز و کندسوز. در مواد منفجره تند سوز سرعت فعل و انفعالات 1500 تا 5000 متر بر ثانیه و فشار ایجاد شده از این انفجار 2500 تا 35000 اتمسفر می باشد. در مواد منفجره کند سوز، سرعت انفجار به چند متر بر ثانیه می رسد و فشار وارده تا 3500 اتمسفر ممكن است برسد.

 

         ماده منفجره


————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی آباکوس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی آباکوس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–