Skip to main content
SUPERVISOR
بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما) سیدمهدی زندی آتشبار (استاد مشاور)
 
STUDENT
Tahere Haghparast
طاهره حق پرست

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Introducing Some Methods for Time-Space Analysis of Problems in Engineering Mechanics Using Local Exponential Basis Functions
The present study is consisting of two main parts. In the first part, some numerical meshless methods are introduced for analyzing space and time-dependent engineering mechanic problems using local exponential basis functions (EBFs). In these methods a specific approach has been used for space discretization and the solution process through the time is achieved by a time marching method. In each time step, the solution is approximated as a series of spatial or spatial-temporal exponential basis functions with unknown coefficients. The coefficients are found in terms of nodal values through a fitting process so that from one hand the boundary/initial conditions are satisfied and from the other hand the continuity of the solution in time is acceptably obtained. After that, the continuity equation needs to be satisfied for the degrees of freedom (DOFs) of each cloud. Going through this process for the entire domain, the final system of equations is obtained which leads to finding the unknown nodal values. The main innovation of the present study in this part is the way of satisfying the continuity condition in the time domain which is the basic difference between mentioned methods. Stability and accuracy of these methods for solving unsteady heat conduction problems, scalar wave propagation and elastic wave propagation are investigated and acceptable results are achieved. The examples are including problems with regular and irregular domains with Dirichlet and Neumann boundary conditions as well as problems with singularities. In the second part, a local meshless method, based on the last introduced method of the second chapter, is presented to solve two-dimentional Navier-Stokes equations for incompressible viscous fluids. The computational frame is Lagrangian-Eulerian, which means that the fluid equations are expressed in Lagrangian formulation, containing velocity and acceleration of the particles, but the fluid description is based on Eulerian viewpoint which means that the computation is performed on a fixed grid of points. With such a Lagrangian-Eulerian formulation there is no need to update the locations of the points in each time step, so that the computational speed increases while its cost decreases. It is worth mentioning the formulation of proposed method in this part, provide the ability to calculate the velocity field of the fluid, independent of pressure field, vorticity or stream function. That is another innovation of present investigation. After determination of the velocity field of the fluid, the nodal values of the pressure gradient can be calculated, therefore it is possible to determine the pressure field as well. Stability and accuracy of the presented method are demonstrated through the solution of a lid driven cavity at different Reynolds number. Good agreement with reference numerical solutions is observed. Key words : Numerical meshless method, Space and time-dependent problems, Local exponential basis functions, Continuity in time, Stability and accuracy, Incompressible viscous fluid, Lagrangian-Eulerian formulation, Reynolds number.
مطالب این پایان نامه در دو بخش اصلی ارائه می شوند. در بخش اول، به معرفی چند روش عددی بدون شبکه در زمینه حل مسائل مکانیک مهندسی وابسته به مکان و زمان با استفاده از توابع پایه نمایی محلی پرداخته می شود؛ به طوری که در همه روش ها برای گسسته سازی بعد مکانی مسئله، از شیوه ای یکسان استفاده شده و روند حل به صورت گام به گام در زمان پیش می رود. از این رو در هر گام زمانی، تابع پاسخ نظیر هر زیردامنه (ابر)، به صورت یک سری از توابع پایه نمایی مکانی یا مکانی-زمانی با ضرایب ثابت مجهول فرض می گردد. ضرایب مذکور نیز بر حسب مقادیر گره ای مجهول تابع پاسخ مسئله به گونه ای درون یابی می شوند که علاوه بر ارضای شرایط مرزی و اولیه، پیوستگی تابع مورد نظر در زمان نیز تا حد قابل قبولی برقرار شود. در ادامه برای درجات آزادی نظیر نقاط هر ابر، یک رابطه پیوستگی به دست می آید و مجموعه این روابط در کل دامنه، دستگاه معادلات نهایی را تشکیل می دهد که از حل آن، مقادیر گره ای مجهول محاسبه می گردند. اما نوآوری اصلی این بخش، در نحوه برقراری پیوستگی در بعد زمانی مسئله است که این نکته وجه تمایز روش های مورد بحث محسوب می شود. دقت و پایداری این روش ها نیز به طور خاص در حل مسائل انتقال حرارت گذرا، انتشار موج اسکالر و نیز انتشار موج الاستیک مورد بررسی قرار گرفته و نتایج قابل قبولی حاصل شده است. این مسائل، دامنه های منظم و نامنظم با شرایط مرزی دریشله و نویمان و نیز مسائل با نقاط تکین را در بر می گیرند. در بخش دوم پایان‌نامه، یک روش بدون شبکه محلی برای حل عددی معادلات ناویر-استوکس حاکم بر سیال لزج تراکم ناپذیر، در دامنه دوبعدی ارائه شده که اساس آن، آخرین روش معرفی شده در فصل دوم است. ساختار این روش در حل مسائل سیال، لاگرانژی-اویلری در نظر گرفته شده؛ به طوری که معادلات حاکم بر سیال با دیدگاه لاگرانژی بیان می گردند و شامل مشخصه های سرعت و شتاب ذرات سیال هستند. اما توصیف جریان سیال بر مبنای دیدگاه اویلری است؛ به این معنی که روند محاسبات بر روی یک شبکه نقاط ثابت انجام می شود. با این فرمول بندی دیگر نیازی به به هنگام سازی مکان نقاط در هر گام زمانی نیست. بنابراین سرعت محاسبات افزایش و هزینه آن کاهش می یابد. لازم به ذکر است فرمول بندی روش ارائه شده در این بخش، امکان محاسبه میدان سرعت سیال را به صورت مستقل از سایر مشخصه های جریان، مانند میدان فشار، دوران و یا تابع جریان فراهم می کند. این نکته نیز از دیگر نوآوری های تحقیق حاضر تلقی می شود. هم چنین از آن جا که پس از تعیین میدان سرعت سیال، مقادیر گرادیان فشار نیز در نقاط دامنه معلوم می گردند، می توان میدان فشار را هم محاسبه نمود. نهایتاً پایداری و دقت روش ارائه شده در این بخش، در حل مسئله محفظه بسته مدفون و با در نظر گیری اعداد رینولدز مختلف نشان داده شده که تطابق خوبی نیز با نتایج حل عددی مراجع مشاهده گردیده است. کلمات کلیدی: روش عددی بدون شبکه، مسائل وابسته به مکان و زمان، توابع پایه نمایی محلی، پیوستگی در زمان، پایداری و دقت، سیال لزج تراکم‌ناپذیر، ساختار لاگرانژی-اویلری، عدد رینولدز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی