پایان نامه آنالیز انتشار موج در خاک های دانه ای با استفاده از روش المان های مجزا

فهرست:

فصل اول مقدمه

مقدمه

1

فصل دوم روش المان‏های مجزا

2-1-مقدمه

4

2-2-مایکرومکانیک محیط‏های دانه‏ای

5

2-3-روش المان‏های مجزا

6

2-4-چرخه محاسبات

6

2-5-الگوریتم تعیین نیروهای بین ذره‏ای

7

2-6-اعمال معادله حرکت

11

2-7- شرایط مرزی

13

2-7-1- شرایط فضای تناوبی

13

2-7-2- شرایط مرزی صلب

14

2-7-3- شرایط مرزی هیدرواستاتیکی

14

2-7-4- شرایط مرزی جاذب انرژی

15

2-8-نتیجه گیری

15

فصل سوم مروری بر تحقیقات گذشته

3-1-مقدمه

17

3-2-مدل سازی انتشار موج برشی در خاک دانه­ای

18

3-2-1-انتشار موج برشی در ستون خاک با بستر صلب

21

3-2-2-انتشار موج برشی در ستون خاک با شرایط مرزی جاذب انرژی در بستر

29

3-3-مدل سازی انتشار موج فشاری در خاک دانه­ای با استفاده از DEM

34

3-3-1-بررسی اثر عرض نمونه در انتشار موج

34

3-3-2-بررسی اثر میرایی ویسکوز در انتشار موج

37

3-3-3-بررسی اثر شکل ذرات در انتشار موج

38

3-3-4-بررسی اثر چیدمان ذرات در انتشار موج

39

3-3-5-بررسی اثر فرکانس در انتشار موج

40

3-3-6-بررسی اثر قطر ذرات در انتشار موج

44

3-3-7-بررسی اثر ضریب اصطکاک ذرات در انتشار موج

46

3-3-8-بررسی اثر فشار در سرعت انتشار موج

48

3-3-9-بررسی اثر branch vector در انتشار موج

50

3-3-9-1-مدل سازی محیط دانه­ای خشک

51

3-3-9-2-مدل سازی محیط دانه­ای سیمانته شده

55

3-4-نتیجه­گیری

59

فصل چهارم مراحل مدلسازی و کالیبراسیون

4-1-مقدمه

61

4-2- تولید ذرات

61

4-3-اعمال شرایط مرزی و اولیه

62

4-4- انتخاب مدل تماسی

63

4-4-1-مولفه­های رفتاری

63

4-4-1-1-سختی

63

4-4-1-2-لغزش

64

4-4-1-3-رفتارهای چسبندگی

64

4-4-2-مدل هرتز

64

4-4-3-نتیجه گیری

65

4-5-اختصاص دادن خواص به مصالح

66

4-6-میرایی

66

4-6-1-میرایی محلی

67

4-6-2-میرایی ویسکوز

67

4-7-مشخص کردن گام زمانی جهت تحلیل و استفاده از روش density scaling

68

4-8-شرایط مرزی جاذب انرژی و بارگذاری

69

4-8-1- بارگذاری

72

4-9-صحت سنجی (کالیبراسیون مدل)

73

4-9-1-آزمایشات انجام شده توسط Stephen R.Hostler  (2005)

73

4-9-2-نتایج بدست آمده توسط Stephen R.Hostler  (2005)

75

4-9-3-نتایج بدست آمده از شبیه سازی 

76

4-10-نتیجه گیری 

76

فصل پنجم بررسی اثر پارامترهای مختلف بر سرعت موج

5-1-مقدمه

78

5-2-بررسی نحوه انتقال موج در مصالح دانه­ای

78

5-3-بررسی اثر میزان تخلخل بر سرعت انتشار موج

83

5-3-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر سرعت انتشار موج

83

5-3-2-بررسی تغییرات تخلخل برای نمونه­های مختلف

85

5-3-3-بررسی تغییرات میانگین نیروهای تماسی برای نمونه­های مختلف

88

5-3-4-بررسی تغییرات نیروهای نامتعادل کننده در طی اعمال موج

90

5-3-5-بررسی تغییرات تنش در جهت­های افقی و قائم

91

5-3-6-بررسی تغییرات سرعت ذرات در طی اعمال موج

93

5-4-بررسی اثرسختی سطح ذرات بر سرعت انتشار موج

97

5-4-1-بررسی تغییرات عدد متوسط تماسی بر نمونه­ها

97

5-4-2-بررسی تغییرات سرعت

100

5-5-بررسی اثر دانسیته ذرات بر سرعت انتشار موج

100

5-6-بررسی اثر میزان غیر یکنواختی دانه­ها (PDI) بر سرعت انتشار موج

103

5-6-1-تعریف ضریب غیر یکنواختی دانه­ها (PDI)

103

5-7- بررسی میزان تاثیر دانه بندی خاک بر سرعت انتشار موج

106

5-8-نتیجه گیری

113

فصل ششم نتیجه­گیری و پیشنهادات

6-1-نتیجه­گیری

114

6-2-پیشنهادات

115

مراجع

مراجع

116

منبع:

Aggelis DG, Philippidis TP , Tsinopoulos SV, Polyzos D. (2004) “Wave dispersion in concrete due to Microstructure” .In: Proceeding of international conference of computational & experimental engineering & science ,Madeira ,26–29.

Aggelis DG, Polyzos D ,Philippidis TP (2005).”Wave dispersion and attenuationin fresh mortar :theoretical predictions vs. experimental results. JMech Phys Solids. 53:857–83.

Ben-Dor G., A. Britan, T. Elperin, O. Igra, and J. Jiang (1997). “Experimental  investigation of the interaction between weak shock waves and granular layers”. Experiments in Fluids. 22, 432-443.

Bonilla, R.R.O., (2004). “Numerical Simulation of Undrained Granular Media.” PhD thesis, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada.

Brennan AJ, Thusyanthan NI, Madabhushi SPJ (2005). “Evaluation of shear modulus and damping in dynamic centrifuge tests”. J Geotech Geoenviron Eng 131(12):1488–1497.

Chantawarangul, K. (1993). “Numerical Simulations of Three-Dimensional Granular Assemblies.” PhD thesis, University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada.

Constantine N.Thomas, SophiaPapargyri-Beskou, GeorgeMylonakis. (2009). “Wave dispersion in dry granular materials by the distinct element method”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering J .888–897.

Cundall P, Strack ODL (1979a). “A discrete numerical model for granular assemblies”. Geotechnique 29(1):47–65.

Cundall, P.A. and Strack, O.D.L. (1979b). The Discrete Element Method as a Tool for Research in Granular Media- Part II, Report to National Science Foundation, Department of Civil and Mineral Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, 204 pp.

Cundall P, Strack ODL (1983). “Modeling of microscopic mechanisms in granular material”. In: Jenkins JT, Satake M (eds) Proceedings US-Japan seminar on new models and constitutive relations in the mechanics of granular material. Elsevier, Amsterdam, pp 137–149.

Cundall, P.A. (1987). “Computer Simulations of Dense Sphere Assemblies.” In Proc. Of the U.S./Japan Seminar on the Micromechanics of Granular Materials, Netherlands, 113-123.

Cundall, P.A. (1971). “A Computer Model for Simulating Progressive Large Scale Movements in Blocky Rock Systems.” Sysmposium of the International Society for Rock Mechanics, 1, France, 2-8.

Cui, L. and O’Sullivan, C., (2006), “Exploring the macro- and micro-scale response characteristics of an idealized granular material in the direct shear apparatus”, Geotechnique, 56, 455-468.

Di Renzo A, Di Maio FP (2004). “Comparison of contact-force models for the simulation of collisions in DEM-based granular flow codes”. Chem Eng Sci 59:525–541.

Dobry R, Ng T (1992). “Discrete modeling of stress-strain behavior of granular media at small and large strains”. Eng Comput 9:129–143.

Duffy J. and R. Mindlin (1957). “Stress-strain relations and vibrations of a granular medium”. ASME Journal of Applied Mechanics 24, 585-593.

Dvorkin J., G. Mavko, A. Nur, (1991). “The effect of cementation on the elastic properties of granular material”. Mech. Mater.207–218.

Dvorkin J., A. Nur, H. Yin, (1994). “Effective properties of cemented granular materials”. Mech. Mater. 18.351–366.

Ghaboussi, J. and Barbosa, R. (1990). “Three-Dimensional Discrete Element Method for Granular Materials.” International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 14, 451-472.

Goddard .J. (1990). “Nonlinear elasticity and pressure-dependent wave speeds in granular media” . Proceedings of the Royal Society of London 430, 105-131.

Haff P. K. (1987). “Micromechanical aspects of sound waves in granular materials”. In Brown Bag Preprint Series, no. BB-66.

Hardin B, Drnevich VP (1972). “Shear modulus and damping in soil: measurement and parameter effects”. J Soil Mech Found Div 98(6):603–624.

Hardin B.and Richart F. (1963). “Elastic wave velocities in granular soils”. ASCE Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division 89, 33-65.

Hassan, P.J. (1990). “Three Dimensional Discrete Element Modeling of Soils.” M.Sc. Thesis, University of Ottawa, Ottawa, 177 pp.

Hostler, S.R (2005). “Wave Propagation in Granular Materials.” P.HD. Thesis, California Institute of Technology, Pasadena, California.

Idriss, I.M., Singh, R.D. and Dobry, R., (1978), “Nonlinear behaviour of soft clays during cyclic loading”, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 104(12), 1427–1447.

O'Donovan J., C. O'Sullivan and G. Marketos. (2012). “Micromechanics of Seismic Wave Propagation in Granular Materials”. Book of the Discrete Element Modelling of Particulate Media.

Jia X., C. Caroli, and B. Velicky (1999). “Ultrasound propagation in externally stressed granular media”. Physical Review Letters 82(9), 1863-1866.

Kokusho T (1980). “Cyclic triaxial test of dynamic soil properties for wide strain range”. Soils Found 20(2):45–60.

Liu C. (1994). “Spatial patterns of sound propagation in sand”. Physical Review B 50(2),  782-794.

Liu C. and S. R. Nagel (1992). “Sound in sand”. Physical Review Letters 68(15), 2301-2304.

Liu C. and S. R. Nagel (1993). “Sound in a granular material”: Disorder and nonlinearity. Physical Review B 48(21), 646-650.

Liu C. and S. R. Nagel (1994). “Sound and vibration in granular materials”. Journal of Physics: Condensed Matter 6, A433-A436.

Lysmer J, Roger L, Kuhlemeyer A (1969). “Finite dynamic model for infinite media”. J Eng Mech Div 95:858–877.

Martin H. Sadd, Gautam Adhikari, Francisco Cardoso. (1999). “DEM simulation of wave propagation in granular materials”. Powder Technology J. 222–233.

Makse. H., N. Gland, D. Johnson, and L. Schwartz (1999). “Why efective medium theory fails in granular materials”. Physical Review Letters 83(24), 5070-5073.

Mindlin, R.D. and Deresiewicz, H. (1953). “Elastic Spheres in Contact under Varying Oblique Forces.” Journal of Applied Mechanics, ASME, 21, 327-344.

Ng T.-T. (1989). “Numerical Simulation of Granular Soil under Monotonic and Cyclic Loading: A Particulate Mechanics Approach.” Ph.D thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, NY.

Ng, T.-T. and Dobry, R. (1992). “A Non-Linear Numerical Model for Soil Mechanics.” International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 16, 247-263

Ng, T.-T. (2002). “Hydrostatic Boundaries in Discrete Element Methods.” Third International Conference on Discrete Element Methods, ASCE, Santa Fe, New Mexico, USA.

Oda, M. (1972). “Deformation Mechanism of Sand in Triaxial Compression Test.” Soils and Foundations, 12(4), 45-63.

O’Sullivan, C. and Cui, L., (2009), “Micromechanics of granular material response during load reversals : Combined DEM and experimental study”, Powder Technology, 193, 289-302.

Rollins KM, Evans MD, Diehl NB, Daily WD (1998). “Shear modulus and damping relationships for gravels”. J Geotech Geoenviron Eng 124(5):396–405.

Santamarina, J.C. (2002). “Soil Behavior at the Microscale: Particle Forces.” Soil Behavior and Soft Ground Construction-The Ladd Symposium, ASCE Special Publication 119, MIT, Boston, 25-56.

Sitharam, T.G. and Dinesh, S.V., (2003), “Numerical simulation of liquefaction behaviour of granular materials using discrete element method”,  In: Proceedings of the Indian Academic Science (Earth Planet Science), 112(3),  479–484.

Seed HB, Wong RT, Idriss IM, Tokimatsu K (1986). “Moduli and damping factors for dynamic analyses of cohesionless soils”. J Geotech Eng 112(11):1016–1032.

Shukla A., C.Y. Zhu, M.H. Sadd, (1988). “Angular dependence of dynamic load due to explosive loading in two dimensional granular aggregate”, J. Strain Analysis 23.121–127.

Arun Shukla, Martin H. Sadd, Rarnan Singh, Qiming Tai & S. Vishwanathan, (1993). “Role of Particle Shape and Contact Profile on the Dynamic Response of Particulate Materials”. J. Optics and Lasers in Engineering , 99-119.

Stephen R. Hostler. (2005). “Wave Propagation in Granular Materials”. PhD dissertation, Department of Civil Engineering, California Institute of Technology.

Stevens D, Kim B, Wilson D, Kutter B, Elgamal A (2001). “Centrifuge model tests to identify dynamic properties of dense sand for site response calculations”. In: Proceedings of 4th international conference on recent advances in geotechnical earthquake engineeringand soil dynamics. San Diego, CA, pp 26–31.

Thornton, C. and  Antony, S.J., (1998), “Quasi-static deformation of particulate media”, The Royal Society. Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 356(1747), Mechanics of Granular Materials in Engineering and Earth Sciences, 2763-2782.

Trent B.C., L.G. (1992). “Margolin, A numerical laboratory for granular solids”. Eng. Comput. 9.191–197.

Vucetic M, Dobry R (1991). “Effect of soil plasticity on cyclic response”. J Geotech Eng 117(1):89–107.

Wassgren, C. R. (1997). Vibration of granular materials. Ph.D. thesis, California Institute of Technology.

Walton K., (1987). “The effective elastic moduli of a random packing of spheres”, J. Mech. Phys. Solids 35.213–226.

Walton O.R. and Braun R.L. (1986). “Viscosity, Granular-Temperature, and Stress Calculations for Shearing Assemblies of Inelastic, Frictional Disks.” Journal of Rheology, 50, 949-953.

White W, Villiappan S, Lee IK (1977). “Unified boundary for finite dynamic models”. J Eng Mech Div 103(5):949–964.

Wichtmann T, Sellountos EI,T sinopoulos SV, Niemunis A, Papargyri-BeskouS, Polyzos D,etal. (2005 ). “Wave dispersion in dry sand by experimental, analytical and numerical methods”. In : GeorgiouG ,etal , editors., Proceedings offifth   international congress on computational mechanics GRACM05 ,Limassol,  Cyprus,  Nicosia.p.487–93.

Williams John, Nabha Rege , Kevin Amaratunga.(2008) “Dynamic Wave Propagation in Particulate Materials with Different Particle Shape Using a Discrete Elemnt Method” PhD dissertation, Department of Civil Engineering, Massachusetts Institute of Technology.

XenakiB. ,(2005). “Experimenta linvestigations of mechanical behavior of geofoam under static dynamic/cycling loading”, PhD dissertation, Department of Civil Engineering, University of Patras.

Zamani N, El Shamy U, (2011). “Analysis of wave propagation in dry granular soils using DEM simulations”. Acta Geotechnica  6:167–182.

شفیع‏پور نورافشان، روزبه. (1388)، "بررسی تاثیر ریزدانه غیرچسبنده بر رفتار زهکشی‏نشده ماسه‏ها با استفاده از روش المان‏های مجزا"، پایان‏نامه دکتری ژئوتکنیک، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر.