Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand,Farhad Behnamfar
بیژن برومندقهنویه (استاد مشاور) فرهاد بهنام فر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sattar Dorafshan
ستار درافشان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Developing the Compacted Hyperelements Method (CHM) for Calculation of Green’s Functions in Irregular Media
The main purpose of this thesis is to obtain numerical Green’s functions for a laminated media consisting of irregular boundaries subjected to Rayleigh waves. The formulation of this problem is developed on the basis of the thin layer method (TLM). Existing natural boundaries such as foundations, faults, etc. which are definitely non-vertical in soil shows the importance of developing irregular consistent boundaries. In this research, the stiffness matrix of the irregular boundary is constructed by using the stiffness matrix attributed to a vertical boundary by means of considering hypothetic degrees of freedom along the depth of the stratum. Then these degrees of freedom are accommodated within the original degrees of freedom of the bounded region by subdividing the zone limited at top to the non-vertical boundary by a sufficient number of hyperelements. Since the stiffness matrix for each hyperelement is available, producing the total stiffness matrix for the irregular boundary region is straightforward. Then, applying a static condensation procedure to eliminate the hypothetic degrees of freedom, the dynamic stiffness matrix of the nodes existing only on the irregular boundary is obtained. Now the analysis of the bounded region with irregular boundaries is possible and if the forces or excitations are unit loads, the responses of the region will actually be the Green’s functions for the region. In the case of the seismic waves, two types of waves propagating in the earth are considered, namely, the Love waves with the direction motion of particles perpendicular to the plane of propagation (out-of-plane displacements) and the Rayleigh waves with the motion of particles taking place in the plane of propagation (in-plane displacements). It has been proven that equations of these two types of waves are independent from each other in the two-dimensional case. Then it is possible in this case to consider only a single wave type for analyzing the soil modelbeside considering soil as a two dimensional region does not imply huge estimation in the process of analysis. Mentioning that the proposed method dealing with irregular boundaries has already been applied successfully to the propagation of Love waves, in this thesis the method is extended to the case of Rayleigh waves. The presented method is called the compacted hyperelements method (CHM) and is verified by several examples showing very good accuracy with regard to other methods. These examples are problems which solved by other numerical or explicit methods. In each of these examples it could be seen that the CHM method is an accurate and efficient method to analyze the unbounded strata. Varying the number of the hyperelements and the thickness of the thin layers, it is shown that the suggested method has a superior efficiency over the existing methods for dynamic analysis of infinite media.
هدف اصلی در این پایان‌نامه بدست آوردن توابع گرین عددی برای محیط لایه‌ای دارای مرزهای جاذب نامنظم تحت اثر امواج ریلی است. فرمول‌بندی مسأله بر اساس روش لایه‌های نازک (TLM) صورت پذیرفته است. وجود مرزهای طبیعی در خاک نظیر پی‌ها و گسل‌ها که قطعاً غیرقائم هستند اهمیت توسعه مرزهای جاذب نامنظم را نشان می‌دهد. در این تحقیق ماتریس سختی مرز نامنظم با درنظر گرفتن درجات آزادی فرضی در راستای عمق لایه‌ها استخراج می‌شود. سپس این درجات آزادی با درجات آزادی اولیه در محیط محدود میانی همساز می‌شوند که این همسازی از طریق تقسیم ناحیه‌ای که از بالا به مرز قائم محدود شده با تعداد متناسب هایپرالمان صورت می‌پذیرد. از آنجایی‌که ماتریس سختی هر هایپرالمان در دسترس است، بدست آوردن ماتریس سختی کل برای ناحیة مرز نامنظم به سادگی قابل انجام است. پس از آن با اعمال تراکم استاتیکی برای حذف درجات آزادی فرضی در ماتریس سختی کل می‌توان ماتریس سختی دینامیکی فقط برای گره‌هایی که روی مرز نامنظم قرار دارند را بدست آورد. اکنون تحلیل ناحیه محدود با مرزهای نامنظم ممکن بوده و در صورتی‌که بارها یا تحریکات واحد باشند، پاسخ محیط در واقع توابع گرین برای آن محیط خواهند بود. در مورد امواج لرزه‌ای می‌توان اشاره کرد که دو نوع از امواج منتشر شونده در زمین مد نظر هستند. امواج لاو با جهت حرکت ذرات عمود بر صفحه انتشار (جابجایی‌های خارج از صفحه) و امواج ریلی با جهت حرکت ذرات در صفحه انتشار (جابجایی‌های درون صفحه). اثبات شده که معادلات این دو نوع موج از یکدیگر مستقل هستند. بنابراین در این مورد می‌توان فقط یک نوع موج را برای تحلیل مدل خاک در نظر گرفت. با توجه به این‌که روش پیشنهادی مربوط به مرزهای نامنظم قبلاً به‌طور موفقیت‌آمیز برای انتشار امواج لاو به‌کار برده شده در این پایان‌نامه این روش برای امواج ریلی توسعه داده می‌شود. روش ارائه شده هایپرالمان‌های فشرده (CHM) نام داشته که با مثال‌های متعددی صحت آن مورد بررسی قرارگرفته و دقت مناسبی در مقایسه با روش‌های دیگر از خود نشان داده است. تعداد متغیر هایپرالمان‌ها و ضخامت لایه‌های نازک، نشان دهنده این واقعیت است که روش پیشنهادی از بازدهی بالایی در میان روش‌های موجود تحلیل دینامیکی محیط‌های نامحدود برخوردار است. کلمات کلیدی: توابع گرین، انتشار موج ریلی، روش لایه های نازک، مرزهای نامنظم، روش هایپرالمان فشرده.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی