که در این رابطه، m نسبت ترکیب درصد فاز گاز به مایع می‌باشد. در صورتی که مقدار m زیاد باشد، حلالیت گاز در فاز مایع کم خواهد بود مانند انحلال گازهایی که تولید هیدرات می‌کنند، پس عبارت مقاومت فاز گاز در برابر فاز مایع قابل صرفه نظر کردن خواهد بود و در نظر گرفتن تمامی مقاومت برای فاز مایع دور از ذهن نخواهد بود. در مواردی که عکس فرض بالا رخ دهد، مانند مواردی که انحلال گاز در فاز مایع شدید باشد، مقدار m کوچک بوده و مقاومت گاز کنترل کننده انتقال جرم در نظر گرفته می‌شود. چنین شرایطی را برای انحلال آمونیاک در فاز مایع می‌توان متصور شد. بنا به توضیح داده شده می‌توان از مقاومت انتقال جرم مربوط به فاز گاز زمانی که سخن از تشکیل هیدرات و نفوذ گازهایی با حلالیت ناچیز مانند متان و اتان به میان آید، در برابر مقاومت فاز مایع صرف نظر نمود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۲- استفاده از همزن برای یکنواخت نمودن خواص فاز تشکیل هیدرات علاوه بر از بین بردن مقاومت انتقال حرارت درون فاز مایع، باعث از بین بردن مقاومت انتقال جرم مربوط به توده فاز مایع نیز می‌گردد.
۳- بالا بردن دور همزن همواره یکی از عوامل افزایش انتقال جرم و در نتیجه کاهش مقاومت مربوط به آن‌ می‌باشد. به تعبیر دیگر بالا بردن دور همزن برای رسیدن به مقدار مصرف مواد اولیه برای راکتورهایی کاربرد دارد که مقاومت انتقال جرم در برابر مقاومت ناشی از واکنش کنترل‌کننده مقدار مصرف می‌باشد.
۴- مقاومت نزدیک به ذرات هیدرات از ترکیب دو مقاومت انتقال جرم از درون فاز مایع به نزدیکی فاز هیدرات و واکنش تشکیل‌هیدرات می‌باشد. رابطه زیر مقاومت کلی در دور هر ذره هیدرات را نشان می‌دهد:

(۳-۲)

که مقدار k_R ضریب واکنش از درجه اول و k_D ضریب انتقال جرم در لایه اطراف ذره هیدرات می‌باشند. برگرون^[۱۳۳] با بهره گرفتن از رابطه شروود برای ذرات کروی مقدار k_D را در حدود ۱۰^-۵ m/s محاسبه نموده با مقدار k_R که توسط کلارک^[۱۳۴] در حدود ۱۰^-۸ m/s گزارش شده مقایسه و نتیجه گرفت که بدین ترتیب می‌توان از مقاومت انتقال جرم در لایه اطراف هیدرات در برابر واکنش تشکیل هیدرات صرف نظر کرد. رابطه زیر معادله مصرف گاز را برای اساس نیروی محرکه به صورت غلظت نشان می‌دهد:

(۳-۳)

در این رابطه فرض شده تا از مقاومت‌های فاز گاز در سطح مشترک و توده فاز مایع صرف نظر شود. A_p سطح تماس ذرات هیدرات با فاز مایع تعریف شده و شامل تمامی ذرات و هسته‌های هیدرات می‌گردد. مقدار A_V-L نیز سطح تماس مشترک بین فاز گاز و مایع تعریف شده است. با توجه به اینکه تولید هیدرات مانند فرایند‌های کریستالیزاسیون با افزایش تعداد هسته‌ها و رشد آنها همراه است، افزایش تعداد و اندازه ذرات منجر به افزایش سطح ذرات خواهد شد. با نگاهی به رابطه فوق مشاهده خواهد شد که با افزایش مقدار سطح (A_P) مقدار سرعت مصرف (dn/dt) نیز ناگزیر افزایش خواهد یافت. این امر بر خلاف اطلاعات موجود در مقالات و تحقیقات است که تاکنون به چاپ رسیده‌اند. به تعبیر دیگر با نگاهی به مقالات و تحقیقاتی که بر روی فرایند تشکیل هیدرات در دما و فشار ثابت انجام گرفته‌اند، می‌توان مشاهده نمود که سرعت تشکیل هیدرات در مرحله رشد هیدرات ثابت خواهد ماند.
برای توجیه نمودن سرعت ثابت مصرف گاز توسط هیدرات ناگزیر به قبول ناچیز بودن مقاومت واکنش تشکیل هیدرات و انتقال جرم حول ذرات هیدرات در برابر مقاومت انتقال جرم در سطح مشترک گاز- ‌‌مایع خواهیم بود. می‌توان نتیجه گرفت از مقاومت‌های ذکر شده تنها مقاومت انتقال جرم در فاز مایع محدود‌کننده تشکیل‌هیدرات‌می‌باشد. بدین‌ترتیب می‌توان معادله مصرف گاز و تولید هیدرات را به صورت زیر بیان نمود:

(۳-۴)

تشکیل هیدرات با پیدایش مستمر پدیده
در انتهای قرن بیستم، توسعه معادلات‌حاکم بر جریان‌های مختلف در دینامیک سیالات به بلوغ نسبی رسید. امّا، مشخص شد که هنوز معادلات بی‌شماری از مسائل طبیعی وجود دارد که حل کردن آن‌ بطور تحلیلی غیر ممکن است. این موضوع باعث پیدایش و توسعه راهکارهای حل نیمه دقیق از یک طرف و شبیه سازی عددی (حل عددی) از طرف دیگر شد. تکنیک‌های حل نیمه دقیق که بطور گسترده در دینامیک سیالات بکار گرفته می‌شود، در مواردی نظیر روش‌های اغتشاشی، تقریب تشابه، روش انتگرالی برای محاسبه لایه مرزی و همچنین روش مشخصه‌ ها در جریان‌های مافوق صوت غیر لزج کاربرد دارد. در مقابل، تکنیک‌های عددی برای حل میدان جریان در رژیم‌های مختلف بکار گرفته شد.
امروزه، دینامیک سیالات عددی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. به همین دلیل از همان ابتدا پیدایش تکنیک‌های حل عددی، کاربرد آنها در دینامیک سیالات عددی همواره مد نظر قرار داشته است. با توسعه سخت‌افزارها و نرم افزار‌های برنامه نویسی، دینامیک سیالات عددی نیز توسعه یافته بطوریکه امروزه به‌عنوان یکی از مهمترین روش‌های شبیه سازی عددی مسائل سیالاتی و حرارتی مختلف بشمار می‌رود. برای حل عددی فرم گسسته معادلات‌دیفرانسیلی پاره ای، تعیین شرائط مرزی و اولیه الزامیست. این موضوع در بحث ریاضی یک اصل محسوب می‌شود. در شبیه سازی عددی جریان سیالات علاوه بر مطرح بودن بحث ریاضی حل معادلات، باید نوع و فیزیک جریان نیز در مرزهای دامنه محاسباتی به حلگر شناسانده شود. بنابراین هدف از تعریف شرائط مرزی در دینامیک سیالات عددی، مقید ساختن فرم گسسته معادلات برای حل آن‌ در یک چهارچوب خاص و نیز تعریف ویژگی جریان در مرزهای دامنه محاسباتی می‌باشد. فرم‌های متعددی از شرائط مرزی برای شبیه سازی جریان وجود دارد. بعضی از شرائط مرزی حالت خاص داشته و بعضی از آن‌ نیز بطورگسترده‌ای برای آنالیز انواع جریان استفاده می‌شود. استفاده از شرط مرزی مناسب تابعی از نوع رژیم جریان، اطلاعات موجود در ورودی و خروجی جریان و نیز سازگاری نوع حلگر و الگوریتم عددی استفاده شده با شرط مرزی است. در صورت انتخاب نامناسب شرط مرزی، نه تنها دقت شبیه‌سازی کاهش می‌یابد بلکه در مواقعی نیز موجب همگرائی کند و یا حتی واگرائی در روند حل می‌شود.
در اینجا به کمک دینامیک سیالات عددی ما با ارائه قسمتی از لوله در حال تشکیل هیدرات، به بررسی شرایط فیزیکی تشکیل هیدرات پرداخته‌ایم. در شکل ‏۳‑۶ و شکل ‏۳‑۷ می‌توان مدل ارائه شده را مشاهده نمود. معمولا هیدرات‌ها به صورت یک فیلم کریستالی نازک متخلخل در سطح تماس بین فاز آبی و فاز هیدروکربنی(گاز یا مایع) شکل می‌یابند. مکانیزم تشکیل هیدرات برای یک قطره آب شامل سه مرحله زیر می‌باشد:
مرحله ۱ : گسترش یک فیلم نازک متخلخل هیدرات پیرامون یک قطره آب
مرحله ۲ : توسعه هیدرات
مرحله ۳ : تبدیل توده به هیدرات
شکل ‏۳‑۶ : شماتیک مدل ارائه شده در حال تشکیل هیدرات
شکل ‏۳‑۷ : شماتیک مکانیزم پیشنهادی تشکیل هیدرات از یک قطره آب
دینامیک سیالات عددی پژوهش
دینامیک سیالات عددی یک تکنیک شبیه سازی است که با بهره گرفتن از آن‌ می‌توان جریان یک سیال را بطور کامل تجزیه و تحلیل نمود. با انجام این امر خصوصیت جریان، نیروها و گشتاور‌ها، ضرایب آئرودینامیکی و رفتار حرارتی آن‌ محاسبه می‌شود. در شبیه سازی جریان به این روش لازم است که مراحل زیر به ترتیب اجراء شود:
۱- مدلسازی فیزیکی
۲- تولید شبکه عددی مناسب
۳- مدلسازی ریاضی
۴- تعیین شرائط مرزی و اولیه

از این آنالیز به منظور تعیین فرکانس­های طبیعی سازه و شکل مودهای آن استفاده می­ شود(شکل ۳-۲).
معادله حاکم بر این آنالیز به صورت زیر می باشد:

در معادله فوق [K] ماتریس سختی و [M]ماتریس جرم می باشد، ماتریس جرم به یکی از دو حالت زیر می تواند اعمال شود:
جرم متمرکز^[۳۷]: در این روش جرم المانها به صورت متمرکز بر روی گره ها اعمال می شود.به همین دلیل ماتریس جرم ایجاد شده،حالت قطری دارد و به صورت غیر کوپله می باشد:
.(m=0 i≠j)
جرم سازگار^[۳۸]:در این روش ماتریس جرم از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن dV حجم المان، ρ دانسیته جرمی و N ماتریس توابع شکل می باشد. ماتریس N همانند توابع شکل مورد استفاده برای تشکیل ماتریس سختی می باشد.به همین دلیل به ماتریس جرم ایجاد شده از این طریق،ماتریس جرم سازگار گویند. ماتریس جرم سازگار به صورت غیر قطری می باشد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

(m≠۰ i≠j)
شکل ۳‑۳- شکل مودهای یک تیر دو سر مفصل
اگر فرض شده و در معادله فوق جایگزین شود رابطه زیر به دست می آید:

با جایگذاری λ به جای ω^۲ رابطه فوق به یک مساله مقدار ویژه تبدیل می شود.

که {ϕ}=۰ جواب­های بدیهی مساله می باشد. برای به دست آوردن جواب­های غیر بدیهی شرط:

باید برقرار باشد. با محاسبه λ (مقادیر ویژه) و جایگذاری آن در رابطه بالا بردارهای ویژه {ϕ} محاسبه می شوند. به این ترتیب فرکانس­های طبیعی سازه از رابطه به دست می آیند.

مودهای محاسبه شده، دارای خواص تعامد نسبت به یکدیگر می باشند به طوری که یک مود تحت تاثیر مودهای دیگر قرار نمی گیرد بعلاوه مود طبیعی از مشخصه های مدل یا سازه می­باشد و آن را نمی­ توان به صورت ترکیب خطی از مودهای باقیمانده بیان کرد و در صورتی که سازه به طور کامل مقید نشده باشد(شرایط مرزی کافی نباشد) مود صلب ظاهر شده و فرکانس طبیعی سیستم برابر صفر می شود(=۰λ).
دیگر نکته لازم به ذکر این است که فرکانس های طبیعی یک سازه حالت صعودی دارند به طوری که:
f₁<f₂<f₃<…<f_n
۳-۳-۱- روش­های محاسبه مودهای نرمال
الف) روش­های تکرار:
در این روش­ها مقادیر ویژه به طور هم زمان از طریق سعی و خطا محاسبه می­شوند. این روش شامل ^[۳۹]INVو^[۴۰]SINV بوده و در مواقعی که تعداد مودهای مورد نیاز کم باشد مناسب می­باشند. در حالت کلی روش SINV قابل اعتماد تر از روش INVاست.
روش­های انتقال:
دراین روش­ها معادله به شکل زیر تبدیل می شود:

سپس ماتریس A با بهره گرفتن از هر یک از روش های زیر به یک ماتریس مثلثی تبدیل می شود:
Given method(GIV)
House holder method(hou)
Modified Given method(MGIV)
Automatic Givens(AGIV)
Automatic House holder(Ahou)
در پایان با بهره گرفتن از الگوریتم QR مقادیر ویژه محاسبه می شوند.
ج) روش لانکزوس^[۴۱]
این روش ترکیبی از دو روش فوق بوده و برای مدل­های متوسط و بزرگ مفید می باشد.در واقع این روش، روش پیشنهادی نرم­افزار تحلیل المان محدود^[۴۲] می باشد.
انتخاب هر یک از روش های فوق بستگی اندازه مدل،تعداد مودهای مورد نیاز،مقدار حافظه کامپیوتر و چگونگی ماتریس جرم دارد.
به طور کلی روش لانکزوس منطقی تر و موثرتر بوده و از روش House holderسریعتر می باشد.
روش SINVبرای مدل­های بزرگ مناسب بوده و از آن برای تایید دقت روش­های دیگر استفاده می شود.استفاده از این روش برای تایین ریشه ها در یک محدوده فرکانسی مناسب است.در شکل ۳-۳ هر یک از روش های مذکور با یکدیگر مقایسه شده اند.
شکل ۳-۴ مقایسه هر یک از روش های فوق
در آنالیز مودال نحوه مش بندی مدل و تعداد المان­هایی که برای رسم شکل مودها استفاده می­ شود، از اهمیت بالایی برخوردار است. برای نمایش دقیق شکل مودها باید تعداد المان­ها را به اندازه کافی در نظر گرفت. از آنجایی که مودهای بالاتر دارای نیم سیکلهای بیشتری نسبت به مودهای پایین تر می باشند،لذا تعداد المانهایی که برای هر نیم سیکل این مودها در نظر گرفته می شوند کمتر از مودهای پایین تر خواهند بود.به همین دلیل دقت محاسبات در مودهای بالاتر کمتر می باشد.به طور معمول به ازای هر نیم سیکل شکل مودها،۵ تا ۱۰ گره باید ایجاد شود.
شکل ۳-۵ تعداد گره های انتخاب شده در هر نیم سیکل
فصل چهارم
مبانی آیرودینامیک
۴-۱- مقدمه
در سرعت های مادون صوت، جریان تراکم پذیر شباهتی اساسی با جریان تراکم ناپذیر دارد. خصوصا در بسیاری از موارد می­توان جریان تراکم پذیر را یک جریان پتانسیل بدون چرخش در نظر گرفت. با صرف نظر کردن از اثرات لزجت سیال در جریان تراکم پذیر، رابطه مشخصی میان فشار و چگالی بدست می ­آید. در یک جریان غیر لزج، در اثر تغییرات فشار، عناصر سیال بطورکامل شتاب می­یابند. پس، اگر چگالی فقط تابع فشار باشد تغییرات فشار با تغییرات چگالی در کلیه نقاط مطابقت دارد. با توجه به توضیحات ارائه شده می­توان نتیجه گرفت که استفاده از تابع پتانسیل جهت محاسبه مشخصه­های جریان­های تراکم­پذیر و غیر لزج در رژیم جریان مادون صوت نتایج تقریبا دقیقی ارائه می نماید و با توجه به اینکه در بسیاری از محاسبات آیرودینامیکی وسایل پرنده در حال پرواز در جریان تراکم پذیر و غیرلزج فرض می­شوند لذا استفاده از تابع پتانسیل در بسیاری از موارد راهکار مناسبی است.
در فصل حاضر ابتدا تئوری خط برآزای پرانتل را مورد بررسی قرار داده و سپس روش محاسبه مشتقات جریان توسط نرم افزار تحلیل آیروالاستیک ZAERO را تشریح خواهیم نمود.
۴-۲- نظریه کلاسیک خط برآزای پرانتل
کاربرد نظریه کلاسیک خط برآزای پرانتل برای بال­های مستقیم در مقادیر نسبت منظری متوسط تا زیاد، نتیجه های معقولی در بر دارد. اما، این نظریه برای بال های مستقیم با نسبت منظری کم، بال های پسگرا، و بال های مثلثی مناسب نیست.
شکل۴‑۱- بال هایی با نسبت منظری کم

جدول ۲-۱٫ نوع حرکت و مشخصه‌ های پایداری برای مقادیر مختلف و

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

نوع حرکت مشخصه پایداری

پایدار
مرز پایداری (فلاتر)
ناپایدار
پایدار
مرز پایداری (واگرایی)
ناپایدار

نوسانی همگرا
هارمونیک ساده
نوسانی واگرا
همگرای پیوسته
مستقل از زمان
واگرای پیوسته

۲-۴- آنالیز کلاسیک فلاتر
هدف عمده در صنایع هواپیمایی یافتن شرایطی است که در آن فلاتر شروع می‌شود. به عبارت دیگر در آنالیز‌های کلاسیک مرزهای فلاتر تشخیص داده می‌شود. این مرز در جایی قرار دارد که یکی از مُودهای حرکتی دارای رفتار نوسانی ساده باشد. به عبارت دیگر در حالت پایداری همه مودهای حرکتی وضعیت پایدار دارند.
برای یافتن مرز پایداری روش های متنوعی وجود دارد که در آنها نیازی به حل معادلات حرکت نیست و در بیشتر آنها تحلیل پایداری به وسیله مقادیر ویژه صورت می‌پذیرد. برای بررسی فلاتر استفاده از یک مدل جریان سیال غیر پایدار اهمیت پیدا می‌کند. اما از آنجا که حرکتهای ارتعاشی معمولا دامنه کوچکی دارند، استفاده از تئوری آیرودینامیک خطی در تحلیل مسائل کافی است. در روش های تحلیل کلاسیک فلاتر، حرکت به صورت هارمونیک در نظر گرفته می‌شود. این کار دارای مزایا و معایبی می‌باشد. از عیب های عمده این روشها آن است که یافتن مرز فلاتر نیاز به یک فرایند تکرار دارد که کاری وقتگیر می‌باشد.
در بخش بعدی چگونگی آنالیز کلاسیک فلاتر برای یک سیستم دو درجه آزادی آمده است.
۲-۴-۱- فلاتردر سیستم­های دو درجه آزادی
آنالیز سیستمهای چند درجه آزادی برای تشخیص مرزهای فلاتر می‌تواند با تحلیل یک سیستم دو درجه آزادی مشابه شکل (۲-۴) انجام گیرد. بر روی مدل نقاط P ، C ، Q و T بترتیب مربوط به نقطه مرجع(بطوریکه جابجایی عمودی از این نقطه سنجیده می شود)، مرکز جرم، مرکز آئرودینامیکی(در تئوری ایرفویل های نازک در فاصله یک چهارم از جلو مقطع ) و مکان سه چهارم وتر ایرفویل می‌باشد. پارامترهای بدون بعد و ، مکان نقاط C و P را مشخص می‌کنند. هرگاه این پارامترها صفر باشند، مکان آن بر روی وسط ایرفویل قرار دارد و هرگاه مقادیر مثبت(منفی) دارند این نقاط به سمت لبه جلو(عقب) قرار گرفته‌اند. معادلات حرکت در این حالت عبارتند از:

(۲-۵۳)

که ممان اینرسی حول محور مرجع و پارامتر بدون بعد معروف به پارامتر غیر بالانس استاتیکی می‌باشد و هرگاه که مرکز جرم به سمت جلو بال، از محل مرجع باشد مقدار آن مثبت می‌باشد و رفتار جابجایی خطی و زاویه ای مدل با فنرهایی با ضریب فنریت نشان داده شده‌اند. همچنین در رابطه فوق:

(۲-۵۴)

ضرایب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا به علت اغتشاشات اتمسفری که به هواپیما وارد می­ شود از کنترل خلبان خارج است. طبیعت اغتشاشات اتمسفری و اثرات آن بر هواپیما، موضوع بسیاری از تحقیقات در طول سالیان اخیر بوده است. شدت اغتشاشات در نظر گرفته شده برای طراحی و در نتیجه ضریب بار مورد نظر توسط داده ­های آماری و به طور کلی توسط استانداردها و مراجع مشخص تعیین می­ شود.

ضریب بار بر اثر جریان­های ناگهانی هوا هنگامی که هواپیما در شرایط وزن کمینه قرار دارد بیشتر از وضعیت ماکزیمم وزن است. در شرایط مینیمم وزن این مساله اهمیت کمی دارد زیرا وزنی که باید توسط بال تحمل شود کم بوده و در این شرایط بال در وضعیت بحرانی قرار ندارد. در وضعیت مینینم وزن، در مورد اتصال موتور به بال این مساله بحرانی­تر است. بنابراین لازم به نظر می­رسد که در شرایط وزن کمینه، ضریب بار بر اثر جریان­های ناگهانی هوا محاسبه شود.
۳-۳- بارهای حدی و نهایی
بار حدی، ماکزیمم باری است که هواپیما، می ­تواند در طول عمر خود در معرض آن قرار گیرد. تحت بار حدی در سازه هواپیما هیچ گونه تغییر فرم مخرب دائمی ایجاد نمی­ شود و تاثیری بر عملکرد سازه ندارد. کارایی سازه با پارامترهای مقاومت و سختی تعریف می­ شود. سختی برای انعطاف پذیری و تغییر فرم­ها شرح داده می­ شود و در آیروالاستیسیته و فلاتر معنا دارد. مقاومت برای بارهایی که سازه هواپیما قابلیت تحمل آن­ها را دارد اهمیت دارد. برای تمام بارهای بیشتر از بار حدی، تغییر فرم سازه باید به نحوی باشد که عملکرد ایمن آن را تحت شعاع قرار دهد. بار نهایی (یا بار طراحی) برابر است با حاصل ضرب بار حدی در ضریب اطمینان.

(۳-۳)

در حالت کلی، ضریب اطمینان ۵/۱ در طراحی سازه هواپیما استفاده می­ شود. سازه باید بارهای نهایی رابدون واماندگی تحمل کند. اگرچه فرض می­ شود که بار بزرگتر از بار حدی به هواپیما وارد نمی­ شود، مقدار مشخصی استحکام اضافه برای جلوگیری از شکست کلی سازه در طراحی اجزای سازه در نظر گرفته می­ شود. این استحکام اضافه به دلیل عوامل مختلفی است که عبارتند از:

• • تقریب­هایی که در تئوری آیرودینامیک و تحلیل تنش سازه انجام می­ شود.

• • تغییرات خواص فیزیکی مواد

• • تغییرات در استانداردهای ساخت و بازرسی

ممکن است که مهمترین دلیل برای انتخاب ضریب اطمینان این واقعیت باشد که همه هواپیماها در سرعت و شتاب ماکزیممی طراحی می­شوند که عملا تحت شرایط خاصی ممکن است از این حد فراتر روند. چون این عوامل در کنترل خلبان است، در شرایط اضطراری که بارهای وارده کمی از بارهای حدی تجاوز می­ کنند، استحکام اضافه در نظر گرفته شده مانع شکست کلی سازه شده و ایمنی هواپیما را به طور جدی تهدید نمی­کند.
بارهای وارده بر اثر جریان­های ناگهانی هوا از این حیث که سرعت جریان­های ناگهانی فرضی است، دلخواه است. اگرچه سرعت جریان­های ناگهانی هوا بر پایه اطلاعات سال­های زیاد در تمام دنیا با اندازه گیری نیروهای وارده به هواپیما ثبت شده است، این احتمال وجود دارد که در طول عمر هواپیما در شرایط طوفانی پرواز بر فراز کوهستان و یا دریا بارهای ناشی از جریان­های ناگهانی هوا بیشتر از آنچه ثبت شده است، باشد. بنابراین ضریب اطمینان در نظر گرفته شده عدم شکست کلی سازه در چنین شرایطی را تضمین می­ کند.
۳-۴- معیارهای طراحی سازه
در طراحی سازه انواع مانورها، سرعت­ها، بارهای مفید و وزن ماکزیمم هواپیما در نظر گرفته می­ شود. این پارامترها در کنترل اپراتور هواپیما است. به علاوه در طراحی سازه باید عواملی مانند مانورهای سهوی، اثرات اغتشاشات جریان هوا و شدت تماس زمینی در حین نشست نیز باید در نظر گرفته شود. معیارهای عمده طراحی که بارهای طراحی را مشخص می­ کند، کاملا به نوع هواپیما و استفاده تعیین شده بستگی دارد.
هواپیماهای تجاری باید قادر باشند ماموریت خود را به طور ایمن انجام دهند. در هواپیماهای نظامی استحکام بر اساس ماموریت پروازی محاسبه نمی­ شود زیرا که ماموریت مشخصی برای این نوع هواپیماها تعریف نشده است. بنابراین نیاز است دامنه بزرگی از محدودیت­ها برای این نوع هواپیماها وضع شود.
گروه بعدی از پارامترهای طراحی آنهایی هستند که خلبان روی آن­ها کمتر کنترل داشته و یا کنترلی روی این عوامل ندارد. استحکام لازم برای این شرایط کاملا بر حسب داده ­های آماری می­باشد. آمارها دائما جمع­آوری شده و شرایط طراحی سازه با تفسیر این داده ­ها بهبود داده می­ شود. این آمارها را می­توان به سادگی برای طراحی هواپیمای مشابه با هواپیمایی که داده ­های آماری از آن جمع آوری شده استفاده کرد.
بدون توجه به نوع هواپیما، معیارها عمدتا بر مبنای داده ­های آماری گذشته می­باشد. گاهی اوقات شرایطی که تجربه می­ شود خارج از محدوده داده ­های آماری است و شکست در هواپیما اتفاق می­افتد. بنابراین رسیدن به ایمنی صد در صد امکان پذیر نمی ­باشد.
هنگامی که نوع و استفاده هواپیما مشخص شد، مرجعی برای الزامات مشتری و الزامات استاندارد تشکیل می­ شود. مینیمم الزامات سازه هواپیما را می­توان در این استانداردها مشاهده کرد. الزامات در حالت کلی طبیعی بوده و همیشه برای نوع جدید هواپیما استفاده نمی­ شود. در نتیجه تفسیر و انحراف از الزامات لازم است. تفسیر و انحراف باید با مذاکره با موسسه گواهی دهنده هماهنگ شود. در برخی از موارد، الزامات خاصی لازم است تا پیکربندی غیر معمول از هواپیماها را پوشش دهد.
۳-۵- خواص جوی
هنگامی که ارتفاع زیاد می­ شود، چگالی هوا و دما کم می­ شود. خواص دیگر هوا نیز با تغییر این پارامترها، تغییر می­ کند. به دلیل اینکه این خواص بر نیروهای اعمالی بر اثر فشار هوا تاثیرگذار است، وابستگی خواص به ارتفاع و دیگر عوامل در این قسمت بررسی می­ شود. تغییر کمیت­های اصلی بر اثر تغییر ارتفاع در زیر بررسی شده است.
۱- فشار دینامیکی^[۶۱]
فشار دینامیکی معیاری برای اندازه گیری انرژی جنبشی سیال است. این پارامتر با q نشان داده شده که به صورت زیر تعریف می­ شود.

(۳-۴)

(۳-۵)

*میکرو سیلیس
* پوزولان
در مورد استفاده از خاکستر متحرک در سیمان نتایج آزمایشهایی که توسط آقایHobbs انجام شده است نشان میدهد که :
افزودن خاکستر بادی به سیمان با قلیاییت بالا می تواند انبساط دراز مدت ناشی از ASR را کاهش دهد . اما اگر حتی ۳۰-۴۰ درصد سیمان ، خاکستر متحرک اضافه شود ملات سیمان مشابه سیمان معمولی ترک خواهد خورد .
تاثیر استفاده از خاکستر بادی در کاهش اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها بسیار متغییر است و به عواملی از جمله میزان قلیاییت سیمان بستگی دارد .
خاکستر بادی اضافه شده به سیمان مانند سیمانی با قلیاییت ۰.۲ درصد عمل می کند کمترین میزان قلیاییت که در آن ترک مشاهده شده است kg/m3 4/3 معادل Na2o است .
۱-۹- مدیریت سازه های تحت تاثیر واکنش قلیایی سنگدانه ها :
نحوه مدیریت سدها و سازه های تحت تاثییر واکنش قلیایی سنگدانه ها وابسته به شرایط سازه ، مصالح مصرفی و نوع خرابی حاصل از واکنش قلیایی سنگدانه ها است . مثلا ممکن است توپوگرافی یک سد به گونه های باشد که واکنش AAR در حد متوسط در آن نگران کننده نمی باشد ̨ اما همین میزان واکنش قلیایی سنگدانه ها و انبساط بتن ناشی از آن در سد یا سرریزی دیگر ممکن است منجر به ترک ̨ ناپایداری یا اختلال در عملکرد دریچه ها گردد . برنامه ها و کارهای زیر برای کنترل ومدیریت سازه های تحت تاثییر واکنش قلیایی سنگدانه پیشنهاد شده اند که باتوجه به شرایط هر سازه می توان روش های مناسب را انتخاب کرد .

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

*بازدیدهای دوره ای
بازدیدهای دوره ای با فواصل زمانی مناسب می تواند در پی بردن به میزان تغییرات ایجاد شده در یک سازه بسیار مفید باشد . ثبت شواهد به صورت عکس ، فیلم و …. برای مدیریت طولانی مدت بسیار مهم است .
در اینجا اشاره به این نکته لازم است که واکنش قلیایی سنگدانه ها تمایل به خراب کردن سطح بتن دارد ، از طرفی سطح بتن برخی از سازه ها تحت تاثیر یخ زدگی و آب شدن قرار دارد . لذا سطح یتن این سازه ها تحت تاثیر واکنش قلیایی سنگدانه ها ظاهر بسیار بدی خواهند داشت .
در بعضی موارد ̨ مغزه گیری از بتن برای تعیین تغییرات مقاومت بتن و تعیین پارامترهای آن در فواصل زمانی مناسب لازم به نظر می رسد .
*استفاده از ابزار دقیق و آنالیز اطلاعات
نصب ابزار دقیق برای ارزیابی تغییرات سازه در طولانی مدت موثر است . ابزار دقیق استفاده شده از سازه ای به سازه دیگر متفاوت است و می تواند شامل موارد زیر باشد :
لوازم ترازیابی و ژئودزی
ترک سنج
شاقول
پاندول مسطح
انبساط سنج(کرنش سنج)
قابل اطمینان ترین روش اندازه گیری کرنش میلگرد بهترین روش برای مشخص کردن کرنش ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها است . در این روش میلگرد در محل مناسب قرار داده شده ، کرنش آن خوانده می شود و سپس میلگرد بریده می شود . تغییرات کرنش اندازه گیری شده برای تخمین میزان انبساط به وجود امده از زمان ساخت سد مفید است . در پروژه های بزرگ مانند سدها ̨ اپراتورهای ابزار دقیق موظف به جمع آوری ̨ نگهداری و ویرایش اطلاعات اندازه گیری هستند . اما در پروژه های کوچکتر ̨ تمامی ابزار دقیق به یک اتاق اطلاعات متصل هستند و اطلاعات از طریق خطوط تلفن به طور خودکار جع آوری و نگهداری می شوند .
۱-۱۰-روش های بهبود وضعیت سازه متاثر از واکنش قلیایی سنگدانه ها
روشهایی برای بهبود وضعیت و جلوگیری از پیشرفت خرابی های ناشی از واکنش وجود دارند که بسته به شرایط سازه می توان یک یا چند روش را انتخاب کرد . این روشها عبارتند از :
استفاده از غشاء یا پوسته ای برای محافظت در برابر رطوبت .
همانطور که قبلا ذکر گردید رطوبت به عنوان یکی از اجزاء واکنش می تواند سبب تسریع در انجام واکنش گردد که حذف آن از محیط قلیایی تا حدود زیادی جلوی پیشرفت واکنش را می گیرد . روکش های جدیدی ساخته شده اند که هم انعطاف پذیرند و هم در برابر آب مقاوم هستند . استفاده از این روش کمترین اثر جانبی را خواهد داشت .
بهبود سیستم زهکشی سازه در کاهش فشارهای به وجود آمده از واکنش سودمند است .
برای ترکهای کوچک و ریز تزریق چسب اپوکسی برای گرفتن درزها و ترکها و کاهش نشت آب بسیار مفید است .
برای ترکهای درشت و درزهای باز شده ̨ تزریق سیمان به تنهایی یا همراه با تزریق ماسه و افزودنی ها و مواد مسدود کننده لازم است .
روکش کردن مجدد سطوح سازه و درزگیری آنها در کاهش عمق تخریب بتن بسیار سودمند است .
در صورتی که ترکهای به وجود آمده روی پایداری و یا مقاومت سازه اثر گذاشته باشد ̨ استفاده از مهارهای پس تنیده لازم است . این میل مهارها باید به گونه ای باشند که انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها را خنثی کنند .
ایجاد شکاف و برش در سازه برای کنترل تغییر شکل ها مفید است .
۱-۱۱-نتیجه گیری
همانطور که ملاحظه گردید ̨ واکنش قلیایی پدیده ای است که در درازمدت رخ می دهد . بنابراین از همان شروع ساخت سازه باید اثرات این پدیده در نظر گرفته شود تا در سنین بالاتر نیاز به تعمیر و حتی جایگزینی قسمتهای آسیب دیده نباشد که از لحاظ هزینه مقرون به صرفه نیست .
فصل دوم
مطالعات علمی و تجربی گذشته
۲-۱-مقدمه
در زمینه اثرواکنش قلیایی سنگدانه هاتحقیقات زیادی انجام گرفته است ]۱۰ ̨ ۱۱ ̨ ۱۲ ̨ ۱۳ ̨ ۱۴ ̨ ۱۵ ̨ ۱۶ ̨ ۱۷ ̨ ۱۸ ̨ ۱۹ ̨ ۲۰ ̨ ۲۱ ̨ ۲۲ ̨ ۲۳ ̨ ۲۴ ̨ ۲۵ ̨ ۲۶ ̨ ۲۷ ̨ ۲۸ ̨ ۲۹ ̨ ۳۰ ̨ ۳۱ ̨ ۳۲ ̨ ۳۳ ̨ ۳۴ ̨ ۳۵ [ . برخی از این تحقیقات در مورد ماهیت این واکنش و چگونگی کم کردن اثرات آن در بتن می باشد . برخی دیگر به اثرات این پدیده بر روی رفتار سازه ها مثل سد و تیر پرداخته اند و مدلسازی این واکنش نیز زمینه تحقیق و مطالعات بعضی محققین بوده است . در ادامه برخی از مهمترین تحقیقات بررسی می شود .
۲-۲-تحقیقات و مدلهای ارائه شده
به دلیل اهمیت پدیده اهمیت پدیده واکنش قلیایی سنگدانه ها ̨ اکثر مدل های ارائه شده تا کنون در مورد سدها بوده که با اطلاعات موجود در مورد تاریخچه سدها مقایسه و کنترل شده اند ]۳۶-۳۷-۳۸-۳۹ [ . ولی در مورد تیرهای بتنی مدلسازی کمتری صورت گرفته است . در زیر به برخی از مدل ها ارائه شده اشاره می کنیم .
۲-۲-۱-مدل دو فازی ] ۴۱ ̨ ۴۰ [
این مدل اولین بار توسط ULM ] ۴۰ [ ارائه شد و سپس توسط Farage ] ۴۱ [ . بسط داده شد . در این مدل ̨ رفتار بتن و ژل به صورت دو گانه در نظر گرفته می شود ̨ به طوری که یک فاز ژل و فاز دیگر خمیر یکپارچه بتن می باشد (شکل ۲-۱) .
فاز ژل از یک سلول انبساط که با یک فنر خطی بطور سری قرار گرفته است تشکیل شده است که به ترتیب نشان دهنده انبساط ژل ( ( و تراکم پذیری ژل هستند . در مورد بتن نیز یک المان درز همبسته ¹ برای مدل کردن ترک در نظر گرفته شده است .
شکل ۲-۱-مدل یک بعدی رفتار بتن تحت اثر AAR ] ۴۰ [
پس از وقوع واکنش قلیایی سنگدانه ها و شکل گیری ژل ̨ محصولات واکنش ابتدا در فضاهای خالی بتن انباشته می شوند و بعد از پر شدن این فضاها ̨ فشار داخلی توسط ژل ( ) ایجاد می شود .
۱-Cohesive Joint
در حالتی که هیچگونه بار خارجی وجود نداشته باید این فشار داخلی توسط تنش های موجود در بتن ( ) خنثی می شوند . در صورت وجود نیروهای خارجی یا شرایط تکیه گاهی تنش های کل از رابطه زیر محاسبه می شوند .
(۲-۱)
۲-۲-۲-تحقیقات Wen ] ۴۳ [
در این تحقیق کرنش آزاد ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها به عنوان کرنش اولیه به صورت افزیشی به تیر داده می شود . سپس با توجه به رابطه کرنش در نقاط quadrature محاسبه می گردد .
پس از آن ، نیروهای خارج از تعادل محاسبه شده و این روند تکرار می گردد تا انبساط به انبساط آزاد اولیه برسد ..
مقدار تنش در آرماتور کششی در دو حالت اثر واکنش قلیایی بدون بار و با بار در شکل (۲-۳) دیده می شود . همانطور که ملاحظه میگردد ̨ واکنش قلیایی باعث بوجود آمدن تنشهای کششی در آرماتور ناحیه کششی می گردد .
شکل ۲-۲- مشخصات تیر مدل شده] ۴۳ [