Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand,Mojtaba Azhari
بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما) مجتبی ازهری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammadreza Taghdirian
محمدرضا تقدیریان

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Exponential Basis Functions (EBFs) in Solution of Fluid-Saturated Porous Media Differential Equations
The theory of poroelasticity concerns with the analysis of a porous medium consisting of an elastic matrix containing interconnected fluid-saturated pores. The theory was proposed by Biot to deal with soil consolidation (quasi-static) and wave propagation (dynamic) problems. The governing differential equations in such problems are derived from constitutive equations, equations of motion, continuity equation and Darcy's law. The theory of poroelasticity is currently applied to a large number of problems in geophysics, petroleum industry, soil mechanics, hydrogeology and biomechanics. Due to the complexity of the solution in such problems, efficient methods are needed to achieve sufficiently accurate solutions. The use of boundary element method (BEM) and the method of fundamental solution (MFS) is recommended in the literature, however, it is well understood that these methods need Green’s functions (or fundamental solutions) which are not available for many problems. In this dissertation exponential basis functions (EBFs) are evaluated as the bases for the solution of problems with porous materials based on Biot's theory (BT). In the presented method, the solution is split into two parts, i.e. homogeneous and particular parts. The homogeneous part of equations is then approximated by linear combination of EBFs. Introduction of the EBFs into the homogeneous governing differential equations leads to a characteristic equation through which the exponents of the EBFs are defined. For many cases, the characteristic equation possesses some multiple roots. This makes the evaluation of the EBFs a rather tedious task. In such situations polynomial functions are added to EBFs. In this dissertation, closed form expressions are found for such bases while explaining the procedure to give insight to the problem. After selection of the EBFs as the bases for the approximation, the unknown coefficients of the series are determined by the satisfaction of the boundary conditions, in a collocation style, through a discrete transformation technique. While using the transformation, the number of EBFs should not necessarily be equal to (or less than) the number of boundary information data. The content of the EBF series plays an important role in reducing the computational error and reaching reasonable accuracy in the results. Therefore, in this study a suitable strategy is proposed for choosing the EBFs based on determining the contribution of the bases to the boundary conditions. The particular part of the solution is constructed by a rather similar approach. In this thesis, EBFs are evaluated for dynamic, quasi-static and static formulations in compressible and incompressible models. The capabilities of the method have been shown by comparing the results with analytical solutions. The results show that method performs excellently in solution of different poroelastic problems with various boundary conditions.
مطالعه رفتار محیط های متخلخل اشباع از مایع در شاخه های مختلف علوم و مهندسی نظیر ژئوفیزیک، ژئوتکنیک، زلزله شناسی، زمین شناسی، مهندسی کشاورزی، علم مواد، صنعت نفت خام ودر سالهای اخیر در شاخه بیومکانیک نقش مهمی را ایفا می کنند. کاربرد آنالیز محیط های متخلخل اشباع تحت انتشار موج و در حالت دینامیکی در بررسی رفتار سدهای خاکی، پدیده های روانگرایی، مسائل مربوط به اثر متقابل خاک و سازه اهمیت تحقیق و بررسی در مورد این محیط ها را دو چندان کرده است. رفتار چنین محیط هایی به علت وجود دو فاز جامد و مایع، از اثرات اینرسی ناشی از شتاب توده جرم جامد و شتاب جرم مایع که دارای مولفه های جابجایی مستقل از یکدیگرند، تاثیر می پذیرد. معادلات حاکم بر رفتار چنین محیط هایی شامل معادلات بنیادی، دارسی، ممنتم و پیوستگی می باشد که برای اولین بار توسط بیوت ارائه گردید که هم اکنون به تئوری بیوت معروف است. در این پایان نامه روش توابع پایه برای حل معادلات حاکم بر محیط های متخلخل اشباع که محیط های دو فازی می باشند، در فضای دو بعدی و در حالت های مختلف دینامیکی، شبه استاتیکی و استاتیکی توسعه داده شده است. اساس این روش تقریب جواب معادله دیفرانسیل به صورت سری متشکل از توابع پایه نمایی صدق کننده در معادله دیفرانسیل حاکم می باشد. ضرایب ثابت این سری توسط تبدیل ویژه و با ارضاء شرایط مرزی حاکم بر مسئله به دست می آید. نحوه انتخاب توابع پایه تشکیل دهنده سری جواب، نقش مهمی در برآورد دقیق جواب معادله ایفا می کند. در این راستا برای انتخاب مقادیر مناسب از الگویی که بر مبنای تعیین میزان مشارکت بردار توابع پایه متناظر با هر پایه در بردار شرایط مرزی استوار است، بهره گرفته شده است. در این الگو پایه هایی برای تشکیل توابع پایه برگزیده می شوند که تصویر بیشتری بر بردار شرایط مرزی داشته باشند. برای محاسبه بخش خصوصی جواب معادلات نیز از تبدیل ویژه به کار رفته در محاسبه جواب همگن استفاده شده است. به منظور بررسی دقت و میزان کارآمدی روش ارائه شده، در پایان نتایج به دست آمده با استفاده از این روش با حل های دقیق در این زمینه مقایسه می گردد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی