Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari,Mohammad-Reza Chamani,AmirMehdi Halabian
کیوان اصغری (استاد مشاور) محمدرضا چمنی (استاد راهنما) امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amin Karamnasab
امین کرم نسب

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Characteristics of Flow in Tuned Sloshing Damper (TSD) Using a Hybrid SPH-FEM Method
Current trends in construction industry demands lighter structures, which are also more flexible and having quite low damping value. The flexibility of the structures usually increases the failure possibilities and change to the structural serviceability. Tuned Sloshing Damper (TSD) is a technique to minimize the vibration of the structure. TSDs are generally rectangular or circular containers filled with a liquid such as water and are installed at the highest level of the structure. In the present study, a mesh-free numerical method so-called Smoothed Particle Hydrodynamic (SPH) is used to predict flow behavior inside TSD. In this study, a TSD equipped with screens subjected to a given base excitation was modeled employing SPH method and the results were compared with the existing experimental data.. Several parameters such as the force acting on the wall by the fluid, wave height, and free surface profile in the container were estimated.Due to high capability of SPH method in simulating the problems with moving interface as well as extremely large deformation, a wide range of excitation amplitudes and frequencies were studied. The excitation amplitude varied between 0.5 to 1000 millimeters which are more than ones used in the previous researches. The response of SDOF and MDOF structures, equipped with TSD is also studied, using a hybrid model containing SPH method and Finite Element Method (FEM).Two MDOF structures with linear behavior were subjected to 3 earthquake excitations. These structures equipped with multi TSDs and their characteristics are investigated for different mass and frequency ratios. The verification of SPH method was carried out for four cases of TSD under harmonic excitation. Fair agreement is seen between SPH predictions and experimental observations, identifying SPH method as a valuable tool for TSD design. Also, the ability of hybrid model in estimating the response of a SDOF structure under a random excitation was proved by validating the modeling results with experimental data. After verification, a TSD was considered with length of 500 mm and different water height, subjected to excitations of 10 and 40 mm amplitude. It is shown when transfer waves occur in the container, TSD is more capable to decrease the response of structure. In this situation, the fluid mass is transferred along the container and the waves with suitable heights are formed. In part of structural analysis, it was concluded that application of TSD can suppress the response of both studied structures, although in some cases, TSD intensifies the response of the structure. The efficiency of TSD is related to wave type which is formed in the container and also inherent features of the structures.
امروزه تمایل به ساخت ساختمان هایی بلندتر که از انعطاف پذیری بیشتر و میرایی کمتر برخوردار باشند، افزایش یافته است. انعطاف پذیری سازه ها سبب افزایش احتمال بروز شکست در آنها خواهد شد. میراگر تلاطمی تنظیمی ( TSD ) یکی از انواع روش ها برای کاهش ارتعاش سازه است. در پایان نامه ی حاضر، TSD به کمک یک روش عددی بدون شبکه بندی تحت عنوان هیدرودینامیک ذرات هموار ( SPH ) مدل سازی شده است. بررسی جریان در TSD مجهز به صفحات مشبک تحت بارگذاری هارمونیک و مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی، از دیگر مسایلی است که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است. پارامترهای مختلفی نظیر مقدار نیروی وارده از سیال به بدنه مخزن، ارتفاع موج و تعیین پروفیل جریان درون مخزن تحت دامنه ها و فرکانس های مختلف ارتعاشی تعیین شده است. طول مخازن مورد مطالعه بین 5/0 تا 5/1 متر و عمق آب درون آنها بین 10 تا 320 میلی متر تغییر می کند.با توجه به توانایی های روش عددی SPH در شبیه سازی جریان سطح آزاد همراه با تغییرشکل های بزرگ، مسایل مختلفی مرتبط با تحلیل جریان در TSD حل گردید. محدوده دامنه ارتعاشی مورد مطالعه بین 5/0 تا 1000 میلی متر است که نسبت به مطالعات پیشین بسیار بزرگتر می باشد. پاسخ سازه های یک و چند درجه آزادی مجهز به TSD با استفاده از مدلی هیبریدی متشکل از دو روش عددی SPH و اجزاء محدود ( FEM )، بررسی شده است. مدل مذکور برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه های مورد مطالعه تحت بارگذاری های زلزله در طیف وسیع فرکانسی استفاده گردید. دو سازه چند درجه آزادی با رفتار خطی تحت 3 زلزله قرار گرفتند. این سازه ها به TSD مجهز بوده و خصوصیات آنها برای نسبت های مختلف فرکانسی و جرمی بررسی شد. صحت سنجی روش SPH بوسیله 4 مثال انجام شد. در این مثال ها مخزن TSD تحت بارگذاری های هارمونیک قرار داده شد. تطابق قابل قبولی میان نتایج SPH و نتایج آزمایشگاهی مشاهده گردید که این مسأله به معنای توانایی SPH در شبیه سازی TSD است. همچنین با مقایسه نتایج آزمایشگاهی و مدل هیبریدی قابلیت مدل مذکور در تعیین پاسخ سازه ای یک درجه آزادی تحت بارگذاری تصادفی اثبات گردید. پس از صحت سنجی، مخزنن TSD با طول 500 میلی متر محتوی مقادیر مختلف عمق آب، تحت بارگذاری هایی با دامنه ارتعاشی 10 و 40 میلی متر بررسی شد. بر اساس نتایج حاصله، تشکیل امواج انتقالی سبب افزایش کارایی مخزن TSD خواهد شد. در این شرایط جرم سیال در طول مخزن جابه جا شده و امواج با عمق مناسب ایجاد می گردند. در بخش سازه ای نیز نشان داده شد که استفاده از TSD سبب کاهش پاسخ سازه های مورد مطالعه خواهد گردید هرچند که در بعضی موارد افزایش پاسخ سازه را در پی داشته است. کارایی TSD به نوع امواج تشکیل یافته و نیز خصوصیات ذاتی سازه بستگی دارد. نتایج حاکی از آن است که نسبت فرکانس 9/0 و نسبت جرمی 08/0، مقادیر بهینه برای سازه های مورد مطالعه می باشند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی