Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Mirdamadi,Ahmad Reza Pishevar
سیدحمیدرضا میردامادی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali sghar Alizadeh
علی اصغر علیزاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Vibrations and probabilistic stability analysis of pipes conveying fluid with stochastic parameters
In this thesis, the Monte Carlo simulation method (MCSM) is used in conjunction with finite elements (FEs) for probabilistic analysis of both self-excited vibration and dynamic stability of pipes conveying fluid. For fluid-structure interaction, the Euler-Bernoulli beam kinematic model is used for analyzing pipe structure and plug flow model for representing internal fluid flow through the pipe. Moreover, due to the inherent uncertainty in the system parameters and for determining the problem more precisely, parameters such as masses per unit length of structure and fluid, bending stiffness of structure, and fluid flow velocity are modeled as random fields. By considering the structural and fluid parameters of system as random fields, the deterministic governing partial differential equation (PDE) of continuous system is transformed into a stochastic PDE. The continuous random fields are discretized by mid-point and local average discretization methods. In other words, at the beginning, covariance matrix is generated for each of the random fields by discretization methods. Then, each of those random fields is converted into a random vector by generating an independent Gaussian random vector and using the Cholesky decomposition of covariance matrix. On the other hand, a certain value is assigned to each of the random fields in every finite element due to assuming that the number of FEs is the same as the number of elements required for the discretized random fields. Then, by using the Monte Carlo simulations in each iteration loop, every distributed-parameter PDE having stochastic lumped-parameters is transformed into a deterministic distributed-parameter PDE. Each PDE is transformed into a system of deterministic ordinary differential equations (ODEs) by using FEs. Accordingly, all of the deterministic and stochastic parameters of the system are discretized. For self-excited vibration analysis, the eigenvalue problem is solved for investigating the complex-valued eigenvalues and critical eigenfrequencies. Consequently, having complex eigenfrequencies and divergence velocities, the statistical responses of stochastic problem are obtained like expected values, standard deviations, probability density functions, and the probability of occurrence for divergence instabilities. As expected, the standard deviation values for mid-point discretization method are larger than those for local average. As a result, the mid-point discretization method seems to show the upper bound, while the local average demonstrates to be a lower bound for the standard deviations of the system responses. Furthermore, the probability density function of imaginary part of the eigenfrequency in the first mode appears to consist of two distinct parts: the first part is similar to a Dirac delta function and the second part is similar to a continuous density function. Actually, the former represents the unstable region, while the latter represents the stable part of the system. On the other hand, it has been shown that, the randomness effects of the fluid parameters on the system are much more pronounced than those of structural parameters. Consequently, randomness in the structural parameters could be ignored compared to that in the fluid parameters Keywords: Random vibration, Random fields, Monte Carlo simulation, Fluid-structure interaction, Stochastic stability analysis, Pipes conveying fluid
در این پایان نامه، از روش شبیه سازی مونت کارلو و ترکیب آن با اجزای محدود برای آنالیز احتمال اندیشانه ارتعاشات خود-برانگیخته و پایداری دینامیکی لوله های حامل سیال استفاده می شود. برای اندرکنش سیال-سازه، از مدل سینماتیکی تیر اویلر-برنولی برای آنالیز سازه ی لوله استفاده می شود و برای درنظر گرفتن جریان سیال درونی از مدل جریان با پروفیل سرعت-ثابت استفاده شده است. هم‌چنین، با توجه به عدم قطعیت ذاتی موجود در پارامترهای سیستم و به منظور بررسی دقیق تر مساله، پارامترهایی نظیر جرم بر واحد طول سازه و سیال، سختی خمشی سازه و سرعت سیال به صورت میدان های تصادفی مدل شده اند. با درنظر گرفتن پارامترهای سازه ای و سیال سیستم به عنوان میدان های تصادفی، معادله ی دیفرانسیل پاره ای متقن حاکم بر سیستم پیوسته، به یک معادله ی دیفرانسیل پاره‌ای و تصادفی تبدیل می شود. میدان های تصادفی پیوسته، توسط روش های گسسته سازی نقطه-وسط و میانگین موضعی، گسسته می شوند. به عبارتی، در آغاز با استفاده از روش های گسسته سازی، ماتریس هم پراش برای هر یک از میدان های تصادفی تولید می شود. سپس، با تولید یک بردار تصادفی مستقل گاوسی و به کمک تجزیه ی چولسکی ماتریس های هم پراش، هر کدام از این میدان های تصادفی به بردارهای تصادفی تبدیل می شوند. از طرفی، به دلیل برابر فرض کردن تعداد المان-های محدود و تعداد المان های مورد نیاز برای روش های گسسته سازی میدان های تصادفی، به هر یک از این میدان های تصادفی در هر المان مقداری معین تخصیص داده می شود. سپس، با استفاده از شبیه سازی های مونت کارلو در هر حلقه تکرار، هر معادله پارامتر-پیوسته ولی با پارامترهای تصادفی-گسسته، به یک معادله ی دیفرانسیل پارامتر-پیوسته‌ی متقن تبدیل می شود. هر کدام از این معادلات، به کمک اجزای محدود، به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی متقن تبدیل می‌شود. بنابراین، همه‌ی پارامترهای متقن و تصادفی سیستم گسسته‌سازی می شوند. برای آنالیز ارتعاشات خود-بر انگیخته، مساله‌ی مقدار ویژه برای به دست آوردن مقدارهای ویژه ی مختلط و فرکانس های بحرانی، حل می‌شود. در نتیجه، با داشتن فرکانس‌های مختلط و سرعت های دیورژانس، پاسخ های آماری مساله تصادفی، همانند مقدار میانگین، انحراف استاندارد، تابع چگالی احتمال، و احتمال رخداد برای ناپایداری دیورژانس به دست می‌آید. همان گونه که انتظار می رفت، مقدار انحراف استاندارد برای روش گسسته سازی نقطه-وسط بیشتر از میانگین موضعی به دست آمد. در نتیجه، به نظر می رسد که روش گسسته سازی نقطه-وسط، کرانی بالا را برای انحراف استاندارد پاسخ های سیستم نشان می دهد، مادامی که میانگین موضعی، کرانی پایین را برای این مقادیر نشان می دهد. افزون بر این، تابع چگالی احتمال فرکانس ویژه ی موهومی در مود اول به نظر می آید که از دو قسمت مجزا از هم تشکیل شده است: پاره ی اول شبیه یک تابع دلتای دیراک و پاره ی دوم شبیه یک تابع چگالی پیوسته می باشد. در حقیقت، پاره ی اول بیانگر قسمت ناپایداری سیستم و پاره ی دوم بیانگر قسمت پایداری سیستم می باشد. از طرفی نشان داده شده است که، تاثیرات تصادفی بودن پارامترهای سیال بر روی سیستم بسیار بیشتر از پارامترهای سازه می باشد. در نتیجه، می توان از تصادفی بودن پارامترهای سازه ای در مقایسه با پارامترهای سیال مساله ی اندرکنش سیال-سازه چشم پوشی کرد. کلمه های کلیدی: 1- ارتعاشات اتفاقی 2- میدان‌های تصادفی 3- شبیه سازی مونت کارلو 4- اندرکنش سیال-سازه 5- آنالیز پایداری تصادفی 6- لوله های حامل سیال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی