زمينه‌ي تحقيقاتي SPH

مدل‌سازي عددي به روش SPH

با مرور زمان و افزايش توانمندي­هاي لازم در علوم مهندسي و رشد چشم­گير تجهيزات رايانه­اي، تمايل محققين به توسعه­ي روش­هاي بدون شبکه که شاخه­ي جديدي از روش­هاي عددي است، رو به افزايش است. يکي از روش­هاي بدون شبکه، روش ديناميک ذرات هموار ( SPH) است. ديناميک ذرات هموار يک روش عددي کاملاﹰ لاگرانژي در زمينه‌ي ديناميک سيالات محاسباتي است. اين روش در دهه‌ي هفتاد ميلادي براي مدل‌سازي پديده‌هاي فيزيک پيوسته و پرهيز از محدوديت‌هاي روش تفاضل محدود توسعه پيدا کرد. روش  SPH در طيف گسترده‌اي از مسايل اختر‌‌فيزيک و هيدروديناميک کاربرد دارد. از جمله کاربردهاي  SPH در هيدروديناميک، مدل‌سازي جريان دوفازي، هدايت گرمايي، انفجار زير آب و جريان سيال با سطح آزاد است. مزيت اصلي روش  SPH برخاسته از طبيعت لاگرانژي آن است. ديدگاه لاگرانژي مي­تواند مسايل مربوط به تغييرشکل­هاي بزرگ را دقيق­تر و با هزينه­ي محاسباتي کمتر نسبت به ديدگاه اويلري حل کند. همانند ديگر روش‌هاي مبنا‌ذره‌اي، روش  SPH نيز از تعدادي ذره براي مدل‎سازي حالت و حرکت سيستم بهره مي‌گيرد. هر ذره داراي خواص مشخصي از سيستم مانند جرم، حجم، چگالي، انرژي و غيره است که معرف و نماينده‌ي قسمتي از سيستم است.

تحقيقات اخير شامل مدل‌سازي عددي حركت بتن خودمتراكم (SCC ) در آزمايش جعبه‌ي ال-شكل (شكل 1)، آزمايش قيف فانل (شكل 2) و آزمايش قيف مارش (شكل 3) است. اين آزمايش‌ها به‌منظور تعيين خواص جاري‌شدن بتن خود‌متراكم صورت مي‌گيرد. در آزمايش جعبه‌ي ال-شكل، دريچه‌اي در لبه‌ي عمودي قسمت عمودي جعبه قرار داده شده است. قسمت عمودي جعبه توسط بتن پر مي‌گردد. براي آزمايش کارايي بتن، دريچه باز شده و بتن ضمن حرکت در قسمت افقي جعبه، به ديواره‎ي انتهايي رسيده و در نهايت متوقف مي‌شود. به‎دليل آنکه بتن سيالي غيرنيوتني و داراي تنش تسليم است، سطح ايستايي آن صاف نخواهد بود و اختلاف سطحي بين ابتدا و انتهاي آن وجود دارد. به‎منظور تعيين کارايي بتن، نسبت ارتفاع انتهايي بتن به مقدار ابتدايي بتن تقسيم مي‌گردد. حال اگر اين نسبت بيش از 8/0 باشد، بتن داراي کارايي مناسبي براي حرکت در قالب است و مي‌توان آن به‎عنوان بتن خود‌تراز استفاده کرد. روش  SPH قادر است كه حركت بتن را در جعبه‌ي ال-شكل مدل‌سازي كرده و تغييرات سطح آزاد بتن را به‌دست آورد (كليپ 1).

از كاربردهاي روش  SPH مي‌توان به مدل‌سازي جريان در ميراگر تلاطمي تنظيمي (Tuned sloshing dampers ) اشاره كرد. ميراگرهاي تلاطمي تنظيمي معمولاً به‌شکل مکعب مستطيلي يا استوانه­ بوده و در بالاترين طبقه‌ي ساختمان براي کاهش ارتعاشات سازه نصب مي­گردند ( شکل 4). نيروي کنترلي که در اين روش براي کاهش ارتعاشات سازه استفاده مي‌شود، فشار ديناميکي­اي مايع است که روي سطح جداره­هاي انتهايي ظرف اثر مي­کند. تلاطم مايع موجب ايجاد تفاوت در رقوم سطح آزاد مايع در جداره­هاي انتهايي مخزن شده و اختلاف فشار ناشي از تفاوت رقوم سطح آزاد مايع در جداره­هاي انتهايي به‌صورت نيروي برشي در کف مخزن ظاهر مي­گردد ( شكل 5، كليپ 2).

   مقالات پژوهشي نويسنده در اين زمينه

Lashkarbolouk, H., Chamani, M.R., Halabian, A.M., and Pishehvar, A.R. (2013), “Viscosity evaluation of SCC based on flow simulation in L-box test”, Magazine of Concrete Research, 65(6), 365–376.             More details

Lashkarbolouk, H., Chamani, M.R., and Halabian, A.M. (2013), “Simulation of Concrete Flow in V-funnel Test and the Proper Range of Viscosity and

     Yield Stress for SCC". Accepted for publiction in Materials and Structures. a