بررسی رفتار دینامیکی مخازن مستطیلی ذخیره آب

برای بالا بردن دقت تحلیل دینامیکی مخازن ذخیره آب، بررسی مشخصه ها و رفتار ارتعاشی سیستم آب و سازه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این پایان نامه به منظور بررسی رفتار ارتعاشی مخازن ذخیره آب، دو مخزن مستطیلی بتنی به صورت مخزن کامل و مخزن u شکل ساخته و برای حالت های مختلف ارتفاع آب، آزمایش مودال بر روی آن انجام شد. در بخش تحلیلی، یک برنامه از روش اجزای محدود به زبان فرترن تهیه شده و به کمک آن مخازن ساخته شده در آزمایشگاه مدل شدند و نتایج آن با پاسخ های آزمایش مقایسه و مطابقت خوبی مشاهده گردید. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی با زیاد شدن ارتفاع آب درون مخزن، مقادیر فرکانس ها کاهش داشته در صورتیکه درصد میرایی افزایش می یابد. در مورد رابطه افزایش ارتفاع آب در مخزن و کاهش فرکانس ها و افزایش میرایی در این بخش از پژوهش بحث و بررسی شده است. همچنین در تحلیل، اثر امواج سطحی بر روی نتایج وابسته به ارتعاش آزاد در حوزه فرکانس، یعنی فرکانس های طبیعی، شکل مودها و توابعِ پاسخِ فرکانسی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج تحلیل ها، در نظر گرفتن امواج سطحی منجر به پدیدار شدن تعداد زیادی فرکانس های مربوط به بخش مواج و اعمال فشارهای دینامیکی در قسمت های بالایی مخزن نسبت به حالت نبود امواج سطحی می شود. محاسبه فشار هیدرودینامیکی مهمترین مسئله در تحلیل سیستم های آب و سازه می باشد. در آیین نامه های طراحی، فشار هیدرودینامیکی آب بر روی بدنه مخزن با فرض صلب بودن دیوارها بدست می آید. در این پژوهش، به منظور در نظر گرفتن اثر انعطاف پذیری دیوارها در محاسبه فشار هیدرودینامیکی و در تحلیل دینامیکی سازه، از یک روش پیشنهادی اجزای محدود به صورت حل گام به گام در حوزه زمان استفاده شده است. پس از تحلیل تاریخچه زمانی تحت شتاب افقی زمین، پاسخ های دینامیکی شامل تغییرمکان ها، برش های پایه و فشارهای هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفتند. از مقایسه پاسخ ها نتیجه گرفته می شود که استفاده از روش جرم افزوده که توسط آیین نامه ها بر پایه مدل هاسنر پیشنهاد شده است، محافظه کارانه می باشد. ارائه تحلیل های دقیق با استفاده از حل مستقیم و غیر عددی معادلات دیفرانسل حاکم بر مسئله از اهمیت زیادی برخوردار است. پاسخ بدست آمده از حل دقیق، معیار و محک مطمئنی برای سنجش دقت روش عددی مورد بررسی و یا هر روش عددی دیگر خواهد بود. همچنین آشکار است به دلیل بزرگی مجموعه و تعداد درجات آزادی فراوان موجود در روش عددی اجزای محدود، زمان لازم برای دستیابی به پاسخ عددی سیستم قابل توجه می باشد. باید دانست که در نظر گرفتن اندرکنش سازه – سیال نیز سبب افزایش زمان اجرای برنامه و کاهش کارایی آنها می گردد. بنابراین شایسته خواهد بود که با ارائه روش های کارا و موثری برای تحلیل مسئله، بتوان دقت مورد نیاز را تأمین کرد و زمان اجرای برنامه ها را کاهش داد. در همین راستا، در این پژوهش مسئله ارتعاش آزاد و اجباری سازه انعطاف پذیر و سیال تراکم پذیر در دو حالتِ بود و نبود امواج سطحی، در محیطی دوبعدی با دو شیوه دقیق و عددی حل شده است. این محیط دوبعدی، یک مخزن مستطیلی با دو دیوار انعطاف پذیر و کف صلب می باشد که سطح آن می تواند دارای امواج سطحی نیز باشد. این تحلیل ها، همگی در حوزه فرکانس، با فرض رفتار خطی به انجام می رسند که با استفاده از تبدیلات فوریه پاسخ ها را می توان به حوزه زمان نیز منتقل کرد. در پایان، نتایج حاصل از روش عددی اجزای محدود با پاسخ های دقیق مقایسه شده و دقت روش عددی مزبور مورد سنجش و ارزیابی قرار می گیرد.