تبلیغات
معماری - مدل‌سازی سازه‌ها
معماری
جمعه 16 اردیبهشت 1390

مدل‌سازی سازه‌ها

جمعه 16 اردیبهشت 1390

نوع مطلب :
نویسنده :حسن عبدپور

منظور از مدل سازی، شبیه‎سازی یک ساختار سازه‎ای به‎صورت یک مدل معادل ریاضی به‎گونه‎ای است که بتواند تخمین مناسبی از واکنش‎های مورد انتظار سازه‎ای را در حیطه بارگذاری و شرایط مرزی شبیه‎سازی شده ارائه نماید. هدف از این مقاله، آشناکردن دانشجویان و مهندسین گرامی با نحوه‌ی مدل‎‌سازی هندسی سازه‎ها و روش‌های ترسیم هندسی معادل ریاضی و یا شبیه‌سازی شده از سازه‌ی واقعی است.

 

در مدل‌سازی سازه‌ها باید به موارد زیر توجه داشت:

1) مدل سازی تنها یک شبیه‎سازی یا بهتر بگوئیم تلاشی برای شبیه‎سازی سازه واقعی می‏‎باشد.
2) فرآیند شبیه‎سازی بسته به نوع واکنش مورد نظر متفاوت بوده و می‏‎تواند بسیار متفاوت باشد.
3) فرآیند شبیه‎سازی بستگی مستقیمی به نوع بارگذاری و شرایط مرزی سازه‌ی مورد نظر دارد.

سه مورد فوق به همراه تکنیک‎های مدل‎سازی ریاضی که جزو امکانات نرم‎افزار مورد استفاده هستند می‏‎بایست در فضای تقریب یا فضای دقت پیاده‎سازی شوند. باید توجه داشت که سازه واقعی دارای بینهایت درجه آزادی می‏‎باشد. به‎دلیل محدودیت‎های نرم‎افزاری، سخت‎افزاری و یا هزینه‎های اجرا (زمان و غیره) معمولاً ‌ترجیح دارد که سازه با حداقل تعداد ممکن درجات آزادی بررسی شود. در این صورت خروجی نرم‎افزارهای تحلیل توأم با خطاهایی ناشی از این امر خواهد بود. در عین حال دقت مورد نیاز در مهندسی کاربردی با مهندسی پژوهشی متفاوت بوده و بسته به حساسیت واکنش‎های مورد نظر دقت تحلیل و در نتیجه درجات آزادی مورد نظر تعیین می‏‎شوند.

این‎که دقت یک تحلیل به‎خصوص سازه‎ای چقدر باید باشد، یک مطلب کاملاً تخصصی و دور از حوصله این نوشتار است. توصیه می‏‎شود کاربران محترم (خوانندگان محترم) در این رابطه از افراد با تجربه کمک بگیرند.

تکنیک‎های مدل‎‎سازی شامل روش‎های استاندارد و کمکی مدل‎سازی سازه‎ای در نرم‎افزارهای شاخصی نظیر STAAD.Pro، SAP2000 و ETABS می‏‎باشند. معمولاً افرادی که با نرم‎افزارهای ترسیمی برداری نظیر اتوکد در فضای سه بعدی کارکرده‎اند، با این تکنیک‏ها آشنا هستند. محیط ارائه شده برای ترسیم هندسی‎سازه در نرم‎افزارهای STAAD.Pro، SAP2000 و ETABSمانند محیط اتوکد می‏‎باشد. این محیط در حقیقت یک فضای مجازی سه بعدی است که کاربر می‏‎تواند در این فضا با استفاده از سه عنصر اولیه نقطه، خط و صفحه، کالبدسازه‎ای موردنظر خود را ترسیم نماید. علاوه بر ترسیم مستقیم این عناصر می‏‎توان با استفاده از دستورات کمکی نظیر Move ، Replicate با جابجایی و کپی از عناصر اولیه به ترکیبات پیچیده‎تر نیز دست یافت.

امکانات ارائه شده در برنامه‌های ذکر شده نظیر برنامه اتوکد می‏‎باشد با این تفاوت که در برنامه اتوکد می‏‎توان دستورات ترسیم و غیره را از طریق نوار دستورات (Command Line) نیز وارد نمود و حال آنکه این برنامه‎ها تنها از طریق جعبه ابزار(Toolbar)‎ های به‎خصوصی قابل دسترسی هستند. (به استثنای برنامه‌ی STAAD.Pro که به کمک برنامه‌ی از پیش تعیین شده‌ی STAAD Editor امکان واردکردن مستقیم دستورات ترسیم، بارگذاری، تحلیل و پس پردازش سازه را به راحتی مهیا نموده است).

استفاده از امکاناتی نظیر واردکردن مستقیم دستورات از طریق صفحه کلید (Keyboard) می‏‎تواند سرعت و تسلط کاربر ماهر را چندین برابر کند. از این‎رو انتظار می‏‎رود این امکان در نسخه‎های آتی این نرم افزارها گنجانیده شود. استفاده مفید و موثر از دستورات کمکی یاد شده در فوق برای ترسیم هندسی سازه، مستلزم تمرین و مهارت کاربر در تجزیه سازة پیچیده به اجزاء ساده‎تر می‏‎باشد. در این راه کاربر می‏‎بایست تجزیه را به‎اندازه کافی انجام دهد تا در کمترین زمان ممکن به حجم کلی سازه دست یابد.

معمولاً در سازه‎های متداول نظیر ساختمان‎های مسکونی، برج‎ها، پل‎ها، تونل‎ها و یا حتی در سازه‎های پیچیده‎تر نظیر برج‎های خنک‎کن و سازه‏های صنعتی تشابه به برخی از اجزاء به‎‏‏صورت تشابه مستقیم و یا تشابه معکوس وجود دارد.

به‎عنوان مثال در ساختمان‎های مسکونی معمولی، طبقات مختلف به‏لحاظ سازه‎ای و معماری ممکن است مشابه یکدیگر باشند. به‎عنوان مثالی دیگر می‏‎توان به سازه‎های قرینه‌ی محوری نظیر سیلوها، برج خنک‎کننده و غیره اشاره داشت. این‎گونه سازه‎ها با ترسیم اولیه مسیر هادی و سپس چرخاندن آن به حول محور دوران پدید می‏‎آیند.

کاربران حرفه‏ای نرم‎افزارهای تحلیل و طراحی اغلب تمایل دارند تا از امکانات وسیعی که در دیگر نرم‎‏‏افزارها ارائه شده است نیز بهره بگیرند. به‎عنوان مثال بعضی از کاربران تمایل دارند تا از نرم‎افزارهای محاسباتی نظیر MathCAD و یا از نرم‎افزارهای صفحه گسترده نظیر Excel برای تولید مختصات گره‎ها و یا توالی المانها استفاده نمایند. استفاده از امکانات محاسباتی اینگونه نرم‎افزارها می‏‎تواند کمک شایانی در تولید اطلاعات سازه‎های پارامتریک نماید.

طراحان برنامه‎های STAAD.Pro، SAP2000 و ETABS با علم به این موضوع امکانی را در این برنامه‎ها پیش‎بینی کرده‎اند که بتوان اطلاعات کلی هندسه‌ی سازه نظیر گره‎ها و المانها را با کپی(Copy) و برچسب ((Paste ساده بین محیط این برنامه‎ها و محیط Excel رد و بدل نمود.

یکی دیگر از امکاناتی که در نسخه‎های اولیه این برنامه‌ها گنجانده شده است امکان واردکردن فایل‎های با فرمت DXF است. فرمت DXF مخفف (Drawing Interchange Format) یا فرمت تبادل ترسیمات در سیستم اتوکد است. فایل‏های با این فرمت را می‏‎توان در دیگر برنامه‎ها نیز به‎کار گرفت و یا اینکه توسط دیگر برنامه‎های کمکی اتوکد تولید نمود.

از آنجایی‎که این فایل‎ها با فرمت نوشتاری ASCII - American Standard Code for Information Interchange تولید می‏‎شوند، استفاده از آن بسیار ساده بوده و از این‎روست که برنامه‎های جانبی اتوکد و یا دیگر سیستم‎هایی که به نوعی تبادل اطلاعات می‏‎کنند، اغلب از این فرمت استفاده می‏‎نمایند. فایل‎های با این فرمت کلیة اطلاعات ترسیمات انجام شده در اتوکد را دارا می‏‎باشد و در حقیقت معادل مستقیم فایل‎های استاندارد اتوکد با فرمت DWG هستند.

توانایی ترسیمات سه بعدی در نرم‎افزار اتوکد بسیار وسیع و کامل است و می‏‎تواند در مدل‎‎سازی سازه‎های پیچیده بسیار موثر واقع گردد. از این‎رو قویاً توصیه می‏‎گردد تا با تمرین فراوان و کسب مهارت و تسلط برروی این نرم‏افزار و نحوة ورود و خروج اطلاعات به برنامه‎های تحلیل‎سازه، توانایی مدل‎سازی خود را افزایش دهید.

از دیگر روش‎های تولید هندسی سازه، برنامه‎نویسی مستقیم می‏‎باشد. با این روش می‏‎توان فایل حاوی اطلاعات هندسی سازه‎های پارامتریک را به فرمت Excel یا DXF و یا هر فرمت مناسب دیگری تولید نمود. البته با وجود امکانات برنامه‎‏ریزی بسیار ساده‎ای که در نرم‏افزارهای محاسباتی و یا صفحه گسترده ارائه شده است، معمولاً کمتر پیش می‏‎آید که امروزه مهندسان تمایل به برنامه‎ریزی مستقیم از خود نشان دهند ولی با این وجود این روش کماکان در موارد خاص کارآیی خود را خواهد داشت.

روش‎هایی که در بالا توضیح داده شدند، تنها روش‎های ترسیم هندسی معادلِ ریاضی یا شبیه‎سازی شده از سازه‌ی واقعی هستند.

گاهی اوقات در سازه‌ی حقیقی شرایطی وجود دارد که این معادل‎سازی را قدری دشوار می‏‎کند، به‎‎عنوان مثال می‏‎توان به موارد زیر اشاره داشت:

1- تیرهای عمیق و یا عریض:
در این صورت علاوه بر اینکه فرض استفاده از المان خطی با بعد صفر تا حدودی زیر سؤال می‏‏رود، سؤالی که پیش می‏‎آید آن است که تراز مشترک تیرهای واقع در یک طبقه کجا باید انتخاب شود و اینکه اثر این خروج از محوریت چه مقدار است و در چه شرایطی قابل اغماض می‏‎باشد و در چه شرایطی و چگونه می‏‎توان آنرا برآورد نمود؟

2- اثر گره‎ها:
فصل مشترک اتصال بین تیرها و ستون‎های متقاطع با یکدیگر را گره می‏نامیم. در اغلب برنامه‎های کامپیوتری که برای مدل‎سازی المان‎های نظیر تیرها و ستون‎ها، از المان‎های خطی استفاده می‏‎شود، گره به یک نقطه بدون بعد بدل می‏‎شود.

اینکه اثرات تغییر شکل‎‏‏های داخلی گره و یا جاری شدگی‎ها و ترک‎خوردن‎ها تا چه حد باعث دور شدن گره از یک گره‌ی ایده‎آل (که فرض می‏‎شود هیچ تغییر شکل نسبی در آن اتفاق نمی‎افتد) می‏‎شود، بحث مهمی است که در حد حوصله این نوشتار نیست ولیکن باید به‎خاطر داشت که تحت شرایطی این فرض دیگر صحیح نبوده و ممکن است پاسخ‎ها را کم ارزش نماید.

3- احجام توپر نظیر دال‎ها، فونداسیون‎ها و دیوارها:
در خصوص مدل‎سازی این قبیل اجزا سازه‎ای نکاتی چند را باید در نظر داشت:
3-1) معادله رفتاری مناسب برای این جزء چیست؟ همانطور که می‏‎دانیم این معادله رفتاری به سه صورت غشایی، خمشی و پوسته‎ای (حاصل جمع غشایی و خمشی) در این برنامه‎ها معرفی شده است. انتخاب صحیح معادله رفتاری بسیار مهم بوده و هرگاه این انتخاب به درستی صورت نگیرد منجر به بی‎اعتباری پاسخ‎های دریافت شده می‏‎گردد.

3-2) کفایت مش بندی - در مدل‎سازی به روش اجزاء محدود، روش تجزیه یک محیط پیوسته نامحدود با توزیع تنش و کرنش پیچیده و نامشخص به یک سری المان‎های محدود، به کمک توابع رفتاری مشخص و توزیع تنش و کرنش قابل پیش‏بینی در سطح المان انجام می‏‎گیرد.

درست مانند آنکه بخواهیم یک منحنی پیچیده و نامعلوم را با سری خطوط راست تقریب بزنیم. در این صورت به لحاظ ریاضی می‏‎توان گفت که هر چقدر این تقسیم‎بندی بیشتر انجام شود، ‌به جواب واقعی نزدیکتر می‏‎شویم.

در عمل محدودیت‎های دیگری نیز وجود دارند که تعداد المان‎های سازه‎ای را محدود می‏‎کنند، از آن جمله می‏‎توان به افزایش خطای عددی و در بعضی اوقات ناپایداری عددی سازه و به زمان انجام تحلیل و محدودیت‎های نرم‎افزاری و سخت‎افزاری و مهمتر از همه به هزینه‎های تحلیل اشاره کرد. در عین حال همانطور که پیشتر در بحث فضای دقت گفته شد، دقت می‏‎بایست متناسب با نوع کاربرد تنظیم شود چه درغیر اینصورت منجر به تلف شدن سرمایه خواهد گردید.

باید بخاطر داشت که تعداد بهینه المان‎ها آن حداقلی است که بتواندپاسخ‎های مورد نظر را در حوزه دقت مورد نیاز در زمان مناسب و متناسب با امکانات موجود فراهم نماید. انتخاب این تعداد از طرفی بستگی به نوع بارگذاری،‌ شرایط تکیه‎گاهی و نوع تحلیل نیز داشته و دستورالعمل کلی برای آن وجود ندارد و می‏‎بایست به تجربه و از طریق آزمایش تعیین گردد.




cheap phone psychic reading
دوشنبه 20 شهریور 1396 07:54 ق.ظ
شما در واقع به نظر خود بسیار ساده است، اما من این موضوع را در واقع چیزی میبینم
من فکر می کنم که من هرگز نمی فهمم به نظر می رسد خیلی پیچیده و بسیار
برای من گسترده است. من منتظر پست بعدی شما هستم، سعی خواهم کرد تا آن را بشنوم.
free std testing near me
دوشنبه 20 شهریور 1396 07:26 ق.ظ
من کنجکاو هستم که بلاگ پلتفرم شما را استفاده کنم؟

من با آخرین وبسایت من در مورد مسائل امنیتی کمی روبرو هستم و می خواهم چیز بیشتری پیدا کنم
بی خطر. آیا راه حل دارید؟
cheap psychic readings
دوشنبه 20 شهریور 1396 03:51 ق.ظ
وبلاگ فوق العاده! آیا هیچ پیشنهادی برای ایجاد اشتیاق در نویسندگان دارید؟

من قصد دارم سایت خود را به زودی شروع کنم، اما من کمی از همه چیز گم شده ام.
آیا شما توصیه می کنید با شروع یک پلت فرم رایگان مانند وردپرس یا بروید
یک گزینه پرداخت می شود؟ انتخاب های زیادی وجود دارد که من کاملا اشتباه گرفته ام
.. هر ایده؟ با تشکر!
cheap phone psychics
دوشنبه 20 شهریور 1396 02:50 ق.ظ
هوم، به نظر می رسد که وب سایت شما اولین نظر من بود (بسیار طولانی بود)، بنابراین حدس می زنم که من خلاصه آنچه را که من نوشته ام و می گویم، کاملا از شما لذت بردم
وبلاگ. من همچنین وبلاگ نویس مشتاق وبلاگ هستم، اما من هنوز به طور کلی جدید هستم
چیز. آیا برای بلاگ نویس های تازه کار توصیه هایی دارید؟
من واقعا از آن قدردانی میکنم
std screening near me
یکشنبه 19 شهریور 1396 06:07 ب.ظ
من فکر می کنم این یکی از مهم ترین اطلاعات برای من است.
و من خوشحالم خواندن مقاله شما. اما می خواهم درباره بعضی ها حرف بزنم
چیزهای عمومی، سبک وب سایت عالی است، مقالات واقعا عالی است: D.

شغل خوب، سلام
How does Achilles tendonitis occur?
دوشنبه 16 مرداد 1396 02:48 ق.ظ
Hi to all, how is the whole thing, I think every one is getting more from
this website, and your views are nice designed for new visitors.
chaturbatetokenshack.online
پنجشنبه 12 مرداد 1396 09:08 ب.ظ
Hi! I realize this is sort of off-topic but I had to ask.

Does managing a well-established blog like yours take a massive amount work?
I am brand new to writing a blog but I do write in my journal everyday.
I'd like to start a blog so I will be able to share my personal experience and feelings online.

Please let me know if you have any kind of suggestions or tips for brand new aspiring blog owners.

Appreciate it!
Junko
سه شنبه 10 مرداد 1396 07:51 ب.ظ
Its like you read my mind! You appear to know a lot about this, like you wrote the book in it or something.
I think that you could do with a few pics to drive the
message home a bit, but other than that, this is fantastic blog.
A fantastic read. I will definitely be back.
http://kristinemoga.weebly.com
جمعه 6 مرداد 1396 11:13 ب.ظ
My brother recommended I might like this blog. He was entirely right.
This post actually made my day. You can not imagine
just how much time I had spent for this info!
Thanks!
How do you treat Achilles tendonitis?
جمعه 6 مرداد 1396 08:19 ب.ظ
Your method of explaining the whole thing in this article is actually
nice, every one can effortlessly understand it, Thanks a lot.
stephanyangle.bravesites.com
سه شنبه 13 تیر 1396 01:28 ب.ظ
Thank you for sharing your info. I really appreciate your efforts and I will
be waiting for your further post thank you once again.
danaeteno.bravesites.com
یکشنبه 11 تیر 1396 08:13 ب.ظ
Simply desire to say your article is as surprising.
The clarity in your post is simply cool and i could assume you are an expert on this subject.
Fine with your permission allow me to grab your feed to
keep up to date with forthcoming post. Thanks a million and please continue the gratifying work.
jaquelynramelli.hatenablog.com
چهارشنبه 3 خرداد 1396 09:23 ق.ظ
Hello there! Quick question that's entirely off topic.
Do you know how to make your site mobile friendly?
My weblog looks weird when viewing from my apple iphone.

I'm trying to find a theme or plugin that might be able to resolve this issue.
If you have any recommendations, please share. With thanks!
Starla
دوشنبه 25 اردیبهشت 1396 01:40 ق.ظ
Woah! I'm really digging the template/theme
of this site. It's simple, yet effective.

A lot of times it's tough to get that "perfect balance" between superb usability and visual appeal.
I must say you have done a very good job with this.
Additionally, the blog loads super fast for me on Opera.

Outstanding Blog!
BHW
یکشنبه 3 اردیبهشت 1396 02:46 ب.ظ
This piece of writing is genuinely a nice one it assists new web viewers,
who are wishing in favor of blogging.
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر