پ ب الف

شکل ‏۱‑۹ فرایند هیدروفرمینگ لوله. الف) پارامترهای یک فرایند هیدروفرمینگ لوله ب) لوله‌ی سه‌راهی تولید شده توسط هیدروفرمینگ پ) اجزا یک سیستم اگزوز تولید شده به روش هیدروفرمینگ لوله [۱]

مزایای روش هیدروفرمینگ

• شکل‌دهی قطعات پیچیده با سطح مقطع‌های متفاوت

• تولید قطعات پیچیده در یک مرحله و به صورت یکپارچه (حذف عملیات جوشکاری)

• کم بودن سایش ابزار و عدم نیاز به ساخت قالب‌های متعدد

• یکنواختی ضخامت قطعات تولید شده با این روش

ابزار و تجهیزات سیستم هیدروفرمینگ
تجهیزات یک سیستم هیدروفرمینگ عبارتنداز:

• • پرس هیدرولیک برای باز و بسته کردن قالب

  (( اینجا فقط تکه ای از متن 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. ))

• قالب

• سیستم تأمین فشار: پمپ‌ها، تشدیدکننده‌ها^[۹]، شیرها، حسگرها، مبدل‌ها^[۱۰]

• سیلندرهای هیدرولیک و سنبه‌ها: جهت آب‌بندی لوله و حرکت دادن مواد

• سیستم‌های کنترل فرایند

• سیستم تهویه‌ی هیدرولیک: خنک‌کن‌ها، فیلترهاو…

شکل۱-۱۰ اجزا یک سیستم هیدروفرمینگ لوله را نمایش‌می‌دهد [۱].

شکل ‏۱‑۱۰ اجزا سیستم هیدروفرمینگ لوله [۱]

هیدروفرمینگ گرم:
مواد سبک‌وزن مانند آلومینیم، منیزیم و کامپوزیت‌ها برای کاهش‌دادن وزن اتومبیل‌ها جهت صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای جایگزین فولادهای کم‌کربن در ساخت وسایل نقلیه شده‌اند. اسکولتز نشان داده است که ۱۰ درصد کاهش وزن خودروها باعث کاهش ۸ الی ۶ درصدی در مصرف سوخت آن‌ها می‌شود[۵]. تولید قطعات از جنس آلومینیوم به جای فولاد ۴۰ الی ۶۰ درصد کاهش وزن قطعه را در پی خواهد داشت که این میزان برای منیزیم به ۶۰ الی ۷۵ درصد کاهش در وزن خودرو خواهد رسید.
خواص مواد سبک وزن مانند آلومینیوم و منیزیم مانع بزرگی بر سر راه توسعه‌ی آن‌ها برای ساخت قطعات خودرو است. واضح است که آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم در دمای محیط به دلیل ساختار کریستالیشان چقرمگی و شکل‌پذیری پایینی دارند. شکل‌دهی گرم مواد سبک وزن از سال ۱۹۶۰ مورد پژوهش قرار گرفت[۱]. دردماهای گرم (۱۰۰-۳۰۰درجه سانتیگراد) شکل‌پذیری آلومینیوم و منیزیم افزایش می‌یابد و قابلیت افزایش طول آن‌ها تا ۳۰۰ درصد زیاد می‌شود. از این رو، هیدروفرمینگ در دماهای بالاتر از دمای محیط برای شکل‌دهی این آلیاژها مورد توجه زیادی قرار گرفته است[۱].
عیوب محصولات هیدروفرمینگ لوله
در روش هیدروفرمینگ لوله سعی می‌شود تا محصول‌هایی لوله‌ای شکل بدون عیوب ترکیدگی و چروکیدگی تولید شوند. این دو عیب متأثر از رابطه‌ی ناصحیح میان تغذیه‌ی محوری و فشار داخلی لوله می‌باشند. اگر در فرایند هیدروفرمینگ لوله، تغذیه‌ی محوری کم‌تر از مقدار موردنیاز باشد فشار داخلی سبب ایجاد نازک‌شدگی در قطعه و سرانجام ترکیدن آن می‌شود. و یا اگر تغذیه‌ی محوری بیش از اندازه‌ی موردنیاز نسبت به فشار داخلی انتخاب شود موجب چروکیدگی قطعه می‌شود. شکل ‏۱‑۱۱ عیوب چروکیدگی و ترکیدگی ایجاد شده در فرایند هیدروفرمینگ به سبب انتخاب منحنی فشار نادرست را نشان می‌دهد. بنابراین برای موفقیت در فرایند هیدروفرمینگ نیاز به رابطه‌ای صحیح میان این دو متغیر در طول فرایند می‌باشد[۱].

(الف) چروکیدگی

(ب) ترکیدگی

شکل ‏۱‑۱۱ عیوب ایجاد شده در حین فرایند هیدروفرمینگ[۱]

پیشینه پژوهش
طراحی و تولید قطعات به روش هیدروفرمینگ لوله نیازمند دانستن خواص ماده و چگونگی کنترل فرایند هیدروفرمینگ است. اصنافی [۶] در سال ۱۹۹۹ به صورت تحلیلی به مطالعه‌ی شکل‌دهی محدب^[۱۱] لوله به روش هیدروفرمینگ سرد پرداخت. در این پژوهش محدودیت‌های شکل‌دهی محدب، تأثیر خواص ماده و پارامترهای فرایند بر نتایج شکل‌دهی به کمک مدل تحلیلی ارائه‌شده مورد بررسی قرارگرفت. در این پژوهش نشان داده شد که که طول اولیه‌ی لوله تا حد ممکن باید کوچک انتخاب شود.
هوانگ^[۱۲] و همکارانش [۴] در سال ۲۰۰۱ تأثیر مسیرهای بارگذاری مختلف، شعاع گوشه‌ی قالب و ضریب اصطکاک را بر توزیع ضخامت دیواره‌ی لوله سه‌راهی تولیدشده به روش هیدروفرمینگ سرد را با بهره گرفتن از نرم‌افزار اجزای محدود DEFORM 3D مورد مطالعه قرار دادند. آن‌ها نشان دادند که کوچک‌تر شدن شعاع گوشه‌ی قالب و افزایش ضریب اصطکاک سبب ایجاد توزیع ضخامت غیر یکنواخت در لوله می‌شود.
لی^[۱۳] و همکارانش [۷] در سال ۲۰۰۴ قابلیت انجام فرایند هیدروفرمینگ لوله‌های آلمینیومی ) (AA7075 بین دمای اتاق تا دمای ۳۰۰ درجه را مورد بررسی قرار دادند. به‌منظور انجام فرایند به شکل گرم، یک کویل حرارتی در سیال قرار داده شد که پس از رسیدن سیال به دمای موردنظر، فرایند هیدروفرمینگ انجام می‌شد. بر اساس نتایج به‌دست آمده، قابلیت انجام فرایند هیدروفرمینگ با افزایش دما زیاد می‌شود.
ایمانی‌نژاد و همکارانش [۸] در سال ۲۰۰۵ شبیه‌سازی اجزای محدود فرایند هیدروفرمینگ سرد لوله‌‌ی سه‌راهی را به کمک نرم‌افزار LS-DYNA انجام دادند. در این پژوهش، پارامترهای بارگذاری بهینه با هدف یکنواخت‌سازی توزیع ضخامت و رسیدن به حداکثر شکل‌پذیری به‌دست آمد.
کانگا^[۱۴] و همکارانش[۹] در سال ۲۰۰۵ تأثیر قطر لوله را بر شکل‌پذیری آن در فرایند هیدروفرمینگ مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها نشان دادند که افزایش ۱۰ درصدی قطر لوله در فرایند هیدروفرمینگ، سبب کاهش یک سومی نرخ نازک‌شدگی و توزیع ضخامت یکنواخت‌تر لوله می‌شود.
پلنکاک^[۱۵] و همکارانش [۱۰] در سال ۲۰۰۵ یک مدل تحلیلی برای تعیین ضریب اصطکاک بین لوله و قالب در ناحیه‌ی انبساط لوله ارائه کردند. طبق مدل ارائه‌شده در این پژوهش، ضریب اصطکاک بر اساس خواص ماده‌ی لوله و نیز هندسه‌ی لوله ، قبل و بعد از شکل‌دهی قابل محاسبه است. مدل تحلیلی آن‌ها نشان داد که افزایش اصطکاک سبب توزیع ضخامت ناهمگن در دیواره‌ی لوله می‌شود. همچنین برای ضریب اصطکاک یکسان، در لوله‌های آلومینیومی، ناهمگنی بیشتری در توزیع ضخامت، نسبت به لوله‌های فولادی دیده می‌شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن 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. )

یوان و همکارانش [۱۱] در سال ۲۰۰۶ تأثیر دما را بر خواص مکانیکی لوله‌های آلومینیومی به صورت تجربی در فرایند هیدروفرمینگ لوله و آزمایش کشش تک‌محوری مورد مطالعه قرار دادند. نتایج هر دو آزمایش نشان داد که تغییر طول و شکل‌پذیری لوله‌ها در دماهای بالا افزایش می‌یابد.
هوانگ و همکارانش [۱۲] در سال ۲۰۰۷ تأثیر سنبه‌ی متقابل بر هیدروفرمینگ لوله‌ی‌ سه‌راهی را به صورت تجربی بررسی کردند. آن‌ها در این پژوهش نشان ‌دادند که استفاده از سنبه‌ی متقابل در فرایند هیدروفرمینگ سرد لوله‌های سه‌راهی سبب افزایش ارتفاع برآمدگی در محصول سه‌راهی می‌شود.
کیم و همکارانش [۱۳] در سال ۲۰۰۷ آزمون شکل‌دهی محدب را برای لوله‌های آلیاژ (AA6061) به روش‌های تجربی و شبیه‌سازی اجزای محدود با نرم‌افزار DEFFORM-2D در دماهای بالا انجام دادند. آن‌ها نشان دادند که توزیع دما در لوله بر شکل‌پذیری آن در فرایند هیدروفرمینگ لوله تأثیر زیادی ندارد.
یی^[۱۶] و همکارانش [۱۴] در سال ۲۰۰۸ یک سیستم گرمایش ترکیبی برای ایجاد توزیع یکنواخت دما روی سطح لوله طراحی کردند. آن‌ها برای گرمایش سریع لوله در این پژوهش از یک سیستم گرمایشی القایی به عنوان اصلی‌ترین منبع گرما استفاده کردند. در سیستم گرمایش القایی از یک کویل فرکانس بالا برای تمرکز انرژی روی لوله در حین فرایند و جلوگیری از اتلاف انرژی استفاده می‌شود. هم‌چنین، برای ایجاد توزیع یکنواخت دما در جهت‌های طولی و شعاعی لوله از یک المنت گرمایشی در داخل لوله استفاده شد. شکل ‏۱‑۱۲ این سامانه را نشان می‌دهد. آن‌ها نشان دادند که شکل‌دهی لوله به روش هیدروفرمینگ با بهره گرفتن از این سیستم گرمایشی افزایش می‌یابد.
جون^[۱۷] و همکارانش [۱۵] در سال ۲۰۱۰ چروکیدگی در فرایند هیدروفرمینگ گرم لوله‌های منیزیمی را بررسی کردند. در این پژوهش، چروکیدگی لوله‌ی منیزیمیAZ31B تحت مسیرهای بارگذاری و دماهای متفاوت در فرایند هیدروفرمینگ گرم به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت . آن‌ها نشان دادند که با افزایش تغذیه‌ی محوری، شعاع چروکیدگی افزایش و پهنای آن کاهش می‌یابد. ولی برای نمونه‌های چروکیده شده در دما و یا فشار بالا، شعاع و پهنای چروکیدگی افزایش یافتند.
سوسا^[۱۸] و همکارانش [۱۶] برای دستیابی به مقادیر بهینه‌ی ابعاد سنبه و قالب، میزان جابجایی سنبه و نیروی ورقگیر در فرایند خمکاری V و U شکل ورق با هدف رسیدن به ابعاد ایده‌آل در محصول نهایی از شبیه‌سازی اجزای محدود فرایند والگوریتم ژنتیک استفاده کردند. آن‌ها همچنین با مقادیر بهینه‌ی بدست آمده از الگوریتم ژنتیک آزمایشی را طراحی کردند. نتایج آزمایش آن‌ها نشان می‌دهد که محصول بدست آمده به اهداف بهینه‌سازی نزدیک است.

شکل ‏۱‑۱۲ سیستم گرمایش ترکیبی [۱۴]

وی^[۱۹] و یونگ^[۲۰] [۱۷] برای دستیابی به کمیت‌های بهینه‌ی فرایند شکل‌دهی گلگیر خودرو با هدف تولید محصول بدون چروک، پارگی و دارای توزیع ضخامت یکنواخت از الگوریتم ژنتیک استفاده‌کردند. این محققین با انجام دادن آزمایشی از فرایند شکل‌دهی گلگیر خودرو با بهره گرفتن از مقادیر بهینه‌ی بدست‌آمده از الگوریتم ژنتیک نشان دادند که می‌توان به جای صرف هزینه‌ها‌ی زیاد در روش‌های سنتی طراحی فرایند (مانند روش سعی و خطا) به کمک روش الگوریتم ژنتیک، مقادیر بهینه‌ی کمیت‌های طراحی فرایند شکل‌دهی را بدست آورد.
شمسی و همکارانش [۱۸] برای تعیین مسیر فشار بهینه‌ی سیال در فرایند هیدروفرمینگ ورق با هدف تولید قطعات پله‌ای شکل با هدف تولید محصول بدون عیوب چروکیدگی و پارگی از الگوریتم ژنتیک استفاده کردند.
تحقیقات انجام شده نشان می‌دهند الگوریتم ژنتیک روشی قابل اطمینان برای بهینه‌سازی کمیت‌های فرآیندهای شکل‌دهی می‌باشد.
اهداف و ساختار پایان‌نامه
همان‌طور که در بخش قبل دیده شد، در زمینه‌ی فرایند هیدروفرمینگ گرم لوله، پژوهش‌های کمی انجام ‌شده است. همچنین، هیدروفرمینگ گرم لوله‌های سه‌راهی تاکنون به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار نگرفته ‌است و کمیت‌های مناسب برای تولید لوله‌ی سه‌راهی بدون عیب، به‌دست نیامده است. در این پایان‌نامه سعی شده است تا به کمک شبیه‌سازی اجزای محدود، فرایند هیدروفرمینگ گرم لوله‌های سه‌راهی مورد مطالعه قرار گیرد. هم‌چنین، با بهره گرفتن از الگوریتم ژنتیک تلاش شده است تا کمیت‌های بهینه‌ی بارگذاری فرایند هیدروفرمینگ گرم لوله‌ی سه‌راهی برای دستیابی به محصول بدون عیب به‌دست آیند.
در فصل دوم این پژوهش به بیان مفهوم ریاضی بهینه‌سازی پرداخته شده است ، همچنین در این فصل به معرفی الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از روش‌های بهینه‌سازی الهام گرفته شده از طبیعت پرداخته شده است. در فصل سوم مراحل و ویژگی‌های شبیه‌سازی اجزای محدود فرایند هیدروفرمینگ گرم لوله‌های سه‌راهی و اعتبار سنجی آن که با بهره گرفتن از نتایج آزمایشگاهی انجام شد بیان شده است. در فصل چهارم به تعیین تابع هدف مورد نیاز برای بهینه‌سازی کمیت‌های فرایند و همچنین بهینه‌سازی انجام شده پرداخته شده است. در فصل پنج نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی انجام شده، بررسی شده است و همچنین نتایج بدست آمده از بهینه‌سازی بیان شده است و در فصل ششم جمع‌بندی و ارائه‌ پیشنهادات انجام شده است.
الگوریتم ژنتیک
مقدمه
بهینه‌سازی را می‌توان به عنوان فرایند یافتن شرایطی که مقدار بیشینه یا کمینه یک تابع را بدست می‌دهد، تعریف کرد. واضح است که اگر نقطه x منطبق بر مقدار بیشینه تابع f(x) باشد، این نقطه بر مقدار کمینه تابع f(x) – هم منطبق است. پس بدون ازدست دادن کلیت، می‌توان بهینه‌سازی را به معنای کمینه‌سازی در نظر گرفت، زیرا بیشینه یک تابع را می‌توان با جستجوی کمینه منفی آن تابع پیدا کرد. درمیان روش‌های بهینه‌سازی الهام گرفته شده از طبیعت جاندار، الگوریتم‌های ژنتیک از تکامل یافته‌ترین‌ها به شمار می‌روند. الگوریتم‌های ژنتیک، براساس اصول تکامل طبیعی پایه‌ریزی شده‌اند. درطبیعت افرادی که در رقابت برای دستیابی به منابع محدودی مانند غذا و سرپناه پیروز می‌شوند ، باقی می‌مانند و تولید مثل می‌کنند . برتری این افراد مدیون ویژگی‌های فردی آن‌هاست که تا حد زیادی تحت تأثیر ژن‌های آن‌ها قرار دارد. تولید مثل افراد پیروز، موجب تکثیر این ژن‌ها و در نتیجه ایجاد فرزندان بهتر می‌گردد. با انجام متوالی انتخاب بهترین افراد جمعیت و تولید مثل آن‌ها، کل جمیعت به سوی سازش بیشتر با محیط خود (یعنی دستیابی به منابع بهتر و بیشتر) سوق می‌یابد.
الگوریتم‌های ژنتیک، الگوریتم‌های جستجویی هستند که براساس ساز وکار انتخاب طبیعی و ژنتیک طبیعی ذکر شده در بالا بنا نهاده شده‌اند.
بیان ریاضی یک مسئله بهینه سازی
هر مسئله بهینه‌سازی برای اینکه مورد تحلیل قرارگیرد باید به صورت یک مسئله کمینه‌سازی ریاضی بیان گردد. به طور کلی یک مسئله کمینه‌سازی ریاضی را می‌توان به صورت زیر نوشت:
بردار X=[x₁,x₂,…,x_n] رابه گونه‌ای بیابید که تابع f(X) رابه شرط قیدهای زیر کمینه کند:
و
و k_j(X)=0

می­باشد.

۴-۷-۱- ساختن داده ­ها^[۷۰۹]
در این قسمت با بهره گرفتن از داده ­های ساختگی، رویکرد تغییر را برای مدل مشخصه نهفته خطی-گاوسین باینری متناهی (LG) اجرا^[۷۱۰] می­کنیم. مجموعه داده ­های ساختگی شامل ماتریس­های و می­باشند که به طور تصادفی از پیشین چسباندن-شکست­های برش خورده شده^[۷۱۱]، تولید شده ­اند. در این رساله، مجموعه داده ­های شبیه­سازی شده شامل تعداد ۲۰ مشاهده ساختگی از جریان عایدی­های نقدی وصول شده از تجمیع وام­ها در اوراق بهادار MBS، فرض می­ شود که آن را در قالب ماتریس نشان می­دهیم.

( 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. )

هر جریان عایدی یک بردار با طول می­باشد یعنی هر مشاهده ، یک بردار ۱۶ بعدی (بعد زمان)، است. انتخاب سطح برش ۴ برای ، تعیین می­ کند که هر مشاهده از جریان عایدی­های ، از یک زیرمجموعه ۴ تایی از ابعاد مختلف تلاش­ های پنهانی (مشخصه­های نهفته) تولید شده است. به عبارت دیگر، فرض می­ شود که برای هر مشاهده ، حداکثر ۴ بعد از استانداردهای پذیره­نویسی توسط بانی برای غربال نمودن متقاضیان وام، اعمال شده است. برای اوراق بهادار MBS، ارزش­های این مشخصه­های نهفته (تلاش­ های پنهانی) متناظر با ردیف­های ماتریس وزنی هستند. ردیف­های ماتریس ، شدت اثرگذاری هر کدام از ابعاد تلاش را به صورت کمی تعیین می­ کنند.
برای هر ردیف از ماتریس باینری مشخصه نهفته ، در هر آرایه ، با احتمال ۰٫۵ مقدار ۱ و با احتمال ۰٫۵ مقدار صفر، قرار داده شده است. سپس هر مشاهده برای هر کدام از تجمیع­های مختلف از وام­ها، ، با اضافه کردن یک نویز سفید با واریانس به ترکیب خطی از ماتریس وزنی، بر اساس ماتریس مشخصه باینری، تولید می­ شود.
در روش استنباط بیز تغییر، مقدار اولیه پارامتر ، قرار دادیم و ماتریس Z را به صورت تصادفی از فرایند تصادفی به تصویر کشیدیم و مقدار اولیه قرار دادیم. نوع مدل نیز LG انتخاب شده است. نمونه گیری­ها جهت انجام بهینه­سازی به تعداد ۱۰۰۰ تکرار اجرا شده ­اند. معیار توقفی^[۷۱۲] که در این رساله مورد استفاده قرار گرفته است، بهینه­سازی را هنگامی که کران پایین بین تکرارهای جاری و قبلی با ضریبی کوچک­تر از تغییر می­ کند، متوقف می­ کند.
با توضیحاتی که در بالا ذکر گردید، نتایج بهینه­سازی با بهره گرفتن از رویکرد بیز تغییر متناهی به صورت زیر گزارش می­شوند.
تعداد مشخصه­ها از داده ­های نمونه گیری شده و از طریق یک توزیع پسین، استنباط شده ­اند. نمایش کشف شده^[۷۱۳] از مشخصه­های نهفته بر اساس مدل فرض شده، به صورت زیر است.
در ابتدا ملاحظه می­گردد که الگوریتم، جواب­ها را با تقریباً تعداد ۶ مشخصه نهفته یافته است. یعنی تعداد ۶ بعد معیار پذیره­نویسی جهت اعطای وام به متقاضیان، اعمال شده است. خروجی نرم افزار MATLAB برای ماتریس باینری Z از بعد ، ماتریس متوسط پسین وزن­ها (A) از بعد ، در پیوست گزارش شده ­اند. در این شبیه­سازی­ها، تعداد ردیف­ها ، ثابت در نظر گرفته شده است.
مقادیر بهینه به روز شده برای پارامترهای توزیع تغییر، ، در ادامه گزارش می­شوند.

1. 1. پارامترهای تخمین زده شده توزیع بتا از متغیر تصادفی ، در جدول ۱٫۴ گزارش شده ­اند.

جدول ۱٫۴٫ پارامترهای توزیع بتا برای

۰٫۱۶۶۷

۰٫۱۶۶۷

۲٫۱۶۶۷

۳٫۱۶۶۷

۹٫۱۶۶۷

۱۴٫۱۶۶۷

۲۱٫۰۰۰۰

۲۱٫۰۰۰۰

۱۹٫۰۰۰۰

۱۸٫۰۰۰۰

۱۲٫۰۰۰۰

۷٫۰۰۰۰

دو پارامتر مدل پلاستیک که به‌خوبی شناخته‌شده‌اند، یعنی زاویه اصطکاک و چسبندگی در توابع تسلیم پدیدار می‌شوند. این توابع تسلیم باهم یک مخروط شش‌وجهی را در فضای تنش‌های اصلی (شکل۳-۵) نمایش می‌دهند. علاوه بر توابع تسلیم، شش تابع پتانسیل پلاستیک برای مدل موهر – کولمب تعریف‌شده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن 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. ))

توابع پتانسیل پلاستیک شامل سومین پارامتر پلاستیک تحت نام زاویه اتساع می‌باشند. این پارامتر برای مدل تغییرات کرنش حجمی مدل پلاستیک مثبت (اتساع) لازم است که عملاً در خاک‌های متراکم مشاهده می‌شود. هنگام اجرای مدل موهر – کولمب برای حالت‌های عمومی تنش، جهت تقاطع دو سطح تسلیم به اصلاح خاک نیاز است. بعضی برنامه‌ها از یک ناحیه واسطه نرم برای اتصال یک سطح تسلیم به سطح دیگر، یعنی پخ زدن گوشه‌ها استفاده می‌کنند. در پلکسیس، شکل واقعی مدل کامل موهر – کولمب با بهره گرفتن از ناحیه واسطه تیز از یک سطح تسلیم به سطح دیگر اجرا و تکمیل می‌شود. چنانچه باشد، معیار موهر – کولمب استاندارد برای کشش قابل‌اجرا است. درواقع، تنش‌های کششی مجاز با چسبندگی افزایش می‌یابند؛ به‌عبارت‌دیگر خاک قادر به تحمل هیچ یا صرفاً درصد خیلی کمی از تنش‌های کششی است. این رفتار را می‌توان با تصریح حذف کشش، در یک تحلیل پلکسیس وارد نمود. در این حالت، دایره‌های موهر با تنش‌های اصلی مثبت اجرا نمی‌شوند. حذف کشش سه تابع تسلیم اضافی را معرفی می‌کند که مطابق زیر تعریف می‌شوند. رابطه (۳-۹)
هنگامی‌که از روش حذف کشش استفاده می‌شود، تنش کششی مجاز، ، مطابق پیش‌فرض برابر صفر در نظر گرفته می‌شود. برای این سه تابع تسلیم، یک قانون جریان متحد پذیرفته‌شده است. برای حالت‌های تنش داخل سطح تسلیم، رفتار از نوع کِشسان و برای کِشسان خطی همسان گرد، قانون هوک برقرار است. ازاین‌رو علاوه بر پارامترهای پلاستیک ، ، ، نیاز به وارد نمودن مدول یانگ و نسبت پواسون است. مدل موهر – کولمب به پنج پارامتر نیاز دارد که معمولاً برای اغلب مهندسین ژئوتکنیک آشنا است و از آزمایش‌های اصلی بر روی نمونه‌های خاک به دست می‌آیند. ‏۰ پارامترهای ورودی مدل موهر-کولمب برای مدل‌سازی رفتار خاک، ارائه‌شده است.
جدول ۳-۲ : پارامترهای ورودی مدل موهر – کولمب[۲۶]

C

E

پارامتر

چسبندگی

نسبت پواسون

زاویه اصطکاک

زاویه اتساع

مدول یانگ

تعریف

پلکسیس از مدول یانگ به‌عنوان مدول سختی اصلی در مدل کشسان و مدل موهر – کولمب استفاده می‌کند. مقادیر پارامتر سختی اختیار شده در محاسبات نیازمند توجه خاصی هستند چون اغلب مصالح خاکی از ابتدای بارگذاری یک رفتار غیرخطی از خود نشان می‌دهند. در مکانیک خاک، شیب اولیه معمولاً با E₀ و مدول سکانت در ۵۰% مقاومت با E₅₀ نشان داده می‌شود. برای مصالح با یک محدوده کِشسان خطی بزرگ، استفاده از E₀ به واقعیت نزدیک‌تر است، اما برای بارگذاری خاک‌ها معمولاً از E₅₀ استفاده می‌شود. در مسائل باربرداری همچون خاک‌برداری‌ها و تونل زنی، لازم است کاربر به‌جای E₅₀ از E_ur استفاده نماید.
شکل ۳-۶ : تعریف E0 و E50 نتایج آزمایش سه محوری زهکشی شده استاندارد [۲۶].
در خاک‌ها هر دو مدول باربرداری، E_ur و مدول بارگذاری اولیه E₅₀ با فشار محدودکننده افزایش می‌یابند. ازاین‌رو سختی لایه‌های عمیق خاک از لایه‌های سطحی بیشتر است. علاوه بر این سختی مشاهده‌شده به مسیر تنش بستگی دارد. سختی نظیر باربرداری و بارگذاری مجدد خیلی بیشتر از سختی نظیر بارگذاری اولیه است. همچنینی سختی خاک مشاهده‌شده برحسب مدول یانگ ممکن است برای فشردگی (زهکشی شده) پایین‌تر از برش باشد. ازاین‌رو وقتی برای معرفی رفتار خاک از یک مدول سختی ثابت استفاده می‌شود، باید این مدول طوری انتخاب شود که با تراز تنش و توسعه مسیر تنش سازگار باشد [۲۶].
شکل ۳-۷ : دایره‌های تنش در حالت تسلیم، ترسیم پوش گسیختگی کولمب [۲۶].
زاویه اتساع برحسب درجه مشخص می‌شود. جدا از لایه‌های خیلی فوق تحکیم یافته، خاک‌های رسی تمایل به نشان دادن اتساع کمی دارند (۰≈). اتساع ماسه به هر دو عامل دانسیته و زاویه اصطکاک بستگی دارد. برای ماسه‌های کوارتز، ˚۳۰- ≈. برای مقادیر کمتر از زاویه ˚۳۰ ، زاویه اتساع اغلب برابر صفر است. در ماسه‌های بسیار سست، اندازه یک مقدار منفی کوچک است [۲۶].
۳-۲ صحت سنجی
پروژه تحقیقاتی ملی فرانسه یک مطالعه جامع بر روی دیوار میخ‌خاک در سال ۱۹۸۰ انجام داده است. بررسی اثر میخ‌خاک بر ثبات ساختار خاک موردبحث قرار گرفت. به‌منظور کالیبراسیون نرم‌افزار به مطالعه و مدل‌سازی محققین پیشین درزمینه پایدارسازی دیواره‌های گود پرداخته ‌شده است.فان و لئو (۲۰۰۸) به مدل‌سازی عددی پروژه کلوتر که در فرانسه انجام‌شده بود ، پرداختند .در این تحقیق نیز به‌منظور کالیبراسیون نرم‌افزار از اطلاعات این مقاله استفاده‌شده است .در ادامه به توصیف این پروژه و نتایج آنالیز اجزا محدود با بهره گرفتن از نرم‌افزارPLAXIS پرداخته می‌شود. دیوار میخکوبی شده در پروژه کلوتر به روش میلگرد گذاری در خاک احداث گردید. ارتفاع دیوار ۷ متر و پهنای آن۵/۷ است. میخ‌ها در این پروژه در پنج نوع مختلف A,B,C,D,E اجرا گردیده است. میخ‌های A,B,C,D,E به ترتیب دارای طول‌های۶،۸،۶، ۵/۷و۸ متر می‌باشند. المان مقاوم نما متشکل از شاتکریت مسلح و زاویه اجرای میخ‌ها نسبت به سطح افق برابر ۱۰ درجه و فواصل افقی آن‌ها۱۵/۱ متر و فواصل قائم ۱ متر است. در جلوی این دیوار یک خاکریز قرار دارد که گام‌به‌گام خاکبرداری و میخ‌های دیواره اجرا می‌گردند. شکل (۳-۸) مقطع این دیوار را نشان می‌دهد].۲۷[
شکل ۳-۸ : مقطع دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر].۲۷[
جنس لایه‌های خاک عمدتاً ماسه‌سنگ‌های خاکستری هوازده است. وزن مخصوص و دانسیته نسبی و زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک خاک‌ریز به ترتیب برابر با۱۶.۶ کیلو نیوتن بر مترمکعب و۶۰ درصد و ۳۸ درجه و ۳ کیلو پاسکال است . وزن مخصوص و زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک فونداسیون به ترتیب برابر با ۱۷ کیلو نیوتن بر مترمکعب و ۳۶ درجه و ۰ کیلو پاسکال است .در جدول (۳-۳) مشخصات خاک، میخ‌ها و نمای دیواره استفاده‌شده در تحلیل اجزا محدود ارائه‌شده است]۲۷[.
جدول ۳-۳ : مشخصات خاک و میخ‌خاک ها و نمای دیوار استفاده‌شده در تحلیل اجزا محدود برای دیوار میخکوبی شده پروژه کلوتر]۲۷[.

خاک پی

خاکریز

KN/m³ ۱۷

KN/m³ ۶/۱۶

وزن مخصوص

Kpa 10⁴×۴/۸

سختی محوری

KNm²/m 3/14

KNm²/m 05/14

KNm²/m 39/13

سختی خمشی

KN/m/m072/0

KN/m/m072/0

KN/m/m072/0

W

وزن

۲/۰

۲/۰

۲/۰

نسبت پواسون

بر مبنای خصوصیات ژئوتکنیکی ذکرشده در بالا و مشخصات دیواره و میخ‌ها ، مجدداً هندسه دیواره در نرم‌افزار اجزا محدود PLAXIS مدل‌سازی گردید. هندسه مدل ساخته‌شده در شکل ۳-۹ نشان داده‌شده است. نتایج آنالیز اجزا محدود تغییرشکلهای افقی دیواره در پایان فاز۳)خاک‌برداری تا عمق ۳ متر( و پایان فاز۵)خاک‌برداری تا عمق ۵ متر(در ۲ متر پشت دیوار در زیر ارائه‌شده است. لازم به ذکر است که آنالیز اجزا محدود با بکار گیری مدل موهر-کولمب مطابق با مدل به‌کاربرده شده توسط فان و لئو انجام‌شده است.
بیشینه جابجایی افقی دیواره در ۲ متر پشت دیوار در پایان فاز۳)خاک‌برداری تا عمق ۳ متر( در پروژه کلوتر برابر ۲/۳ میلی‌متر و در مدل‌سازی فان و لئو توسط نرم‌افزار PLAXIS برابر با ۷/۲ میلی‌متر است و در صحت سنجی مقدار ۷۶/۲ میلی‌متر به دست آمد.
بیشینه جابجایی افقی در پایان فاز ۵ )خاک‌برداری تا عمق ۵ متر(در ۲ متر پشت دیوار در پروژه کلوتر برابر ۳/۱۰ میلی‌متر و در مدل‌سازی فان و لئو برابر با ۵/۹میلی‌متر است و در صحت سنجی مقدار ۰۲/۹ میلی‌متر به دست آمد.
با توجه به اختلاف کم نتایج آنالیز انجام‌شده با نتایج اندازه‌گیری شده ، می‌توان نتیجه گرفت که نرم‌افزار PLAXIS ابزاری مفید در آنالیز تغییرشکل سازه‌های نگهبان است.
شکل ۳-۹ : هندسه مدل دیوار پروژه کلوتر ]۱۷[.
نیروی کششی در سر میخ­خاک­ها در پایان عملیات در پروژه کلوتر اندازه‌گیری شده است و فان و لئو مقادیر نیروی کششی را مدل‌سازی کرده ­اند و نموداری نسبت به عمق ارائه کرده ­اند. ]۱۷[
مقادیر نیروی کششی در میخ­خاک­ها در صحت سنجی به دست آورده شده و در شکل(۳-۱۰ )با مقادیر اندازه‌گیری شده در پروژه کلوتر و مدل‌سازی فان و لئو مقایسه می­ شود.
شکل ۳-۱۰ :مقایسه نیروی کششی سر میخ‌خاک‌ها با عمق در اندازه ­گیری و مدل فان و لیو و صحت سنجی
همان‌گونه که مشاهده می­ شود صحت سنجی انطباق خوبی با مقادیر اندازه‌گیری شده در پروژه کلوتر و مدل‌سازی فان و لیو دارد.
فصل چهارم
مدل‌سازی و تحلیل نتایج
۴-۱ مقدمه
پایداری سازه نگهبان و کنترل تغییرشکل‌های آن مهم‌ترین مسئله در طراحی این سازه­های ویژه است. تغییرشکلهای سازه نگهبان می‌تواند به سازه‌های مجاور،تأسیسات و خیابان‌های اطراف آسیب برساند. پایداری و تغییرشکلهای سازه نگهبان به فاکتورهایی، وابسته می‌باشند. تجربه نشان داده است که پیش‌بینی میزان تغییرشکل‌ها بسیار پیچیده و فرایندی وقت‌گیر است.پارامترهای متعددی بر پایدارسازی گودها تأثیرگذار است که شامل پارامترهای خاک مانند زاویه اصطکاک، چسبندگی و غیره و نیز شامل پارامترهای سازه نگهبان شامل طول و زاویه و چیدمان میخ‌خاک‌ها،قطر گمانه و آرماتور و طراحی پوشش شاتکریت و غیره است. پارامترهای مربوط به طراحی انکرها شامل طول آزاد و مهاری، زاویه و چیدمان و قطر گمانه و آرماتور و طراحی پوشش شاتکریت و غیره است.
۴-۲ مفروضات و مشخصات تحلیل‌ها
ساختمانی در مجاورت گود وجود ندارد و گود قائم اجرا می‌شود و عرض گودبرداری را دو برابر طول آن فرض کرده­ایم. تحلیل­ها به‌وسیله نرم­افزار ۸.۲PLAXIS انجام می‌شود.تحلیل­ها با مدل مور-کولمب انجام می‌گیرند.با فرض گودی که عرض آن ۲ برابر ارتفاع است، با توجه به شرایط تقارن، ابعاد مدل و شرایط مرزی در شکل( ۴-۱) نشان داده‌شده که در آنDb = H و We = H ،Be =3H است و فراتر از این مقادیر اثر بسیار کمی بر تغییرشکل‌ها دارد . مقاومت فصل مشترک دوغاب-خاک با بهره گرفتن از مشخصات همان لایه خاک با Rint=1 لحاظ گردیده است. میخ‌خاک های استفاده‌شده در طراحی، همگی متشکل از میلگردهای آجدار با مقاومت تسلیم کششی fy =4200 kg/cm² =۴۲۰ MPaاست. طبق توصیه‌های راهنمای FHWA حداکثر فاصله افقی و قائم میخ‌خاک ها به ۲.۵متر و حداقل به ۱ متر محدودشده است که ما از فاصله افقی و قائم۱.۵ و ۱.۵ متر استفاده کرده‌ایم.
مهاری‌های استفاده‌شده در طراحی، همگی متشکل از میلگردهای آجدار با مشخصات مشابه میخ‌خاک‌ها می‌باشند و فاصله افقی و قائم انکرها برابر ۳و۱.۵ متر است.
شکل۴ – ۱:مدل و شرایط مرزی
طراحی دیوار شاتکریت و قطر میخ‌خاک‌ها و قطر چال به‌صورت دستی طبق FHWA انجام می‌شود و نیروی کششی میخ‌خاک‌ها باید از میزان مقاومت برشی خاک کم­تر باشد.تزریق دوغاب به درون چال به‌صورت ثقلی انجام می‌شود .
تحلیل و طراحی برای گود­های قائم ۹و۱۸و۲۷ و برای زوایای میخ‌کوبی ۰و۵و۱۰و۱۵و۲۰ درجه انجام‌شده است. طول میخ‌خاک‌ها در سه حالت H7/0L=وL=Hو۲/۱L=H بررسی‌شده است.در اینجا پارامتر H، ارتفاع گودبرداری و L، طول میخ‌خاک و دیواره گود قائم و خاک پشت گود افقی است و زوایای موردبحث مربوط به زوایای میخ‌خاک‌ها و انکرها است.مشخصات خاک و سازه نگهبان در جداول (۴-۱) ذکرشده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

جدول ۴-۱: مشخصات خاک

موهر-کلمب

مدل