Skip to main content
SUPERVISOR
Farshid Mossayebi Barzi,Bijan Boroomand,Mojtaba Azhari
فرشید مسیبی (استاد مشاور) بیژن برومندقهنویه (استاد راهنما) مجتبی ازهری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hanieh Pary Abarghooei
حانیه پری ابرقوئی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1389

TITLE

Simulating Fluid and Structure Interaction Using Exponential Basis Functions
In this thesis a meshless method using exponential basis functions is developed for fluid-structure interaction in liquid tanks undergoing non-linear sloshing. The formulation in the fluid part is based on the use of Navier-Stokes equations, presented in Lagrangian description as Laplacian of the pressure, for inviscid incompressible fluids. The use of exponential basis functions satisfying the Laplace equation leads to a strong form of volume preservation which has a direct effect on the accuracy of the pressure field. In a boundary node style, the bases are used to incrementally solve the fluid part in space and time. The elastic structure is discretized by the finite elements and analyzed by the Newmark method. The direct use of the pressure, as the potential of the acceleration, helps to find the loads acting on the structure in a straight-forward manner. The interaction equations are derived and used in the analysis of a tank with elastic walls. The overall formulation may be implemented simply. To demonstrate the efficiency of the solution, the obtained results are compared with those obtained from a finite elements solution using Lagrangian description. The results show that while the wave height and the oscillations of elastic walls of the two analyses are in good agreement with each other; the use of the proposed meshless analysis not only leads to accurate hydrodynamic pressure but also reduces the computational time to one-eighth of the time needed for the finite elements analysis.
اندرکنش سازه­ و سیال در شاخه­های مختلف مهندسی و صنعت و در طراحی بسیاری از سیستم­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. پیش­بینی پاسخ سیستم­های مرکب سازه­ و سیال در حالت کلی مسألة پیچیده­ای است و در بسیاری از مواردِ عملی به­دست آوردن حل تحلیلی در این سیستم­ها ممکن نیست. تحقیقات آزمایشگاهی نیز در این زمینه دامنة محدودی دارند؛ بنابراین محققین زیادی تلاش کرده­اند تا با توسعة روش­های عددی، رفتار دینامیکی و اندرکنش سازه­ و سیال را مورد مطالعه قرار دهند. از جمله این روش­ها می­توان به روشهای اجزاء محدود، المان محدود، گالرکین بدون المان، هیدرودینامیک ذره­ای هموار و اجزاء محدود ذره­ای اشاره کرد. در حل مسائل دینامیک سیالات در قالب لاگرانژی، مرزهای سیال دائماً در حال حرکت بوده و ناحیه حل در طول زمان پیوسته تغییر می‌کند. لذا در روش‌های نیازمند به شبکه، لازم است در روند حل از الگوریتم‌های مناسب جهت تولید شبکه استفاده شود و این امر مستلزم صرف زمان فراوان و برنامه‌نویسی ‌ های پیچیده است. از این­­رو رویکرد محققین به توسعة روش­هایی که در روند تحلیل سیال، وابستگی کمتری به شبکه­بندی ناحیة حل داشته باشد گسترش یافته است. روش توابع پایة نمایی از دسته روش­های عددی بدون المان است که در سال­های اخیر در تحلیل معادلات حاکم بر مسائل مهندسی از جمله مسائل مربوط به سیال دارای سطح آزاد مورد استفاده قرار گرفته و نتایج قابل قبولی را به­دست داده است. در این رساله مسائل اندرکنش سیال و سازة الاستیک با استفاده از روش بدون المان توابع پایة نمایی و با رویکرد لاگرانژی به حرکت سیال بررسی و تحلیل شده است. در این راستا بخش سازه توسط روش اجزاء محدود گسسته­سازی شده و معادلات دینامیک حاکم بر آن توسط روش عددی و گام به گام زمانی نیومارک تحلیل شده است. فرمول­بندی مورد استفاده در تحلیل سیال دارای سطح آزاد، بر مبنای بیان لاگرانژی معادلات ناویر- استوکس برای سیال غیرلزج تراکم ناپذیر و به صورت حل در بازه­های زمانی در نظر گرفته شده و در هر گام زمانی، معادلة لاپلاس فشار با استفاده از روش بدون شبکه توابع نمایی تحلیل شده است. اندرکنش سازه و سیال و اثر متقابل این دو ناحیه بر یکدیگر نیز با حل هم­زمان معادلات حاکم بر دو ناحیة سازه و سیال در هر گام زمانی، در محاسبات در نظر گرفته شده است. استفاده از توابع پایه نمایی فشار نه تنها به طور مستقیم ارتباط شتاب سطح تماس و گرادیان فشار را برقرار می­کند، بلکه به طور مستقیم نیروهای اعمال شده به سازه را ارزیابی می­کند. توزیع فشار به دست آمده از روش ارائه شده در رساله حاضر، به صورت معنی داری قابل مقایسه با توزیع فشار به دست آمده از روش اجزاء محدود بود. این روش به طور قابل ملاحظه­ای سریعتر از روش­های اجزاء محدود استفاده شده در برنامه­های تجاری مانند آباکوس است (هزینه محاسباتی یک هشتم در مقایسه با آباکوس)؛ در حالی که برنامه استفاده شده در این روش در مقایسه با نرم افزارهای یاد شده، بهینه سازی نشده است. این ویژگی می­تواند در مسائل سه بعدی یک مزیت ویژه محسوب شود. کلمات کلیدی: اندر کنش سازه و سیال، روش بدون شبکه، توابع پایه نمایی، سازه الاستیک.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی