دانلود مقاله پیشرفت تکنولوژی و معرفی نرم افزار

در این تحقیق مقدار 730 کیلوگرم تی‌ان‌تی در فاصله 0.5 متری از روی عرشه پل به عنوان تهدید انفجاری در دو محل وسط دهانه میانی و در محل پایه‌ها انتخاب شده است.
3-3-مدل سازی در نرم افزار ANSYS
Widget not in any sidebars

3-3-1-معرفی نرم افزار اجزاء محدود ANSYS-AUTODYN
3-3-1-1-مقدمه
بشر از دیرباز علاقه خاصی به پیش‌بینی وقایع طبیعی داشته است. بی‌شک یکی از روش‌هایی که می‌تواند با دقت بالایی به تحقق این امر کمک کند، مدل‌سازی ریاضی وقایع است. تمام اتفاقاتی که در طبیعت می‌افتند، ماهیت دینامیکی دارند و در حقیقت خود شما هستید که با درنظر گرفتن یک سری فرضیات ساده کننده سعی در هموار کردن مسیر رسیدن به پاسخ مسائل دارید. این فرضیات به وفور در علوم مهندسی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال در مهندسی عمران و مکانیک با انجام تعریفاتی همچون مسئله استاتیکی و شبه استاتیکی سعی در حذف عوامل پیچیده کننده مسئله می‌شود. مدل‌های ریاضی ابتدایی مسائل نیز بر اساس این چنین مدل‌هایی در بسیاری از مواقع با خطاهای چشمگیری روبرو هستند. از این رو برای جبران این کمبود‌ها، مهندسین اغلب به ناچار از ضرایب طراحی دست بالا که منجر به خروج طرح از محدوده بهینه می‌شود، استفاده می‌کنند. کاهش منابع طبیعی در دسترس و همچنین پیشرفت تکنولوژی که در نهایت به رقابتی‌تر شدن بازار محصولات مهندسی منجر می‌شود، مهندسین را به صرافت انداخت تا محاسبات را با دقت بالایی انجام دهند.
یکی از روش‌هایی که محاسبات مورد نیاز مهندسی را به واقعیت نزدیک‌تر می‌ساخت، استفاده از مدل‌های دقیق‌تر ریاضی بود. در این مدل‌ها تا حد ممکن به تمام مسائل درگیر در مسئله پرداخته می‌شد و در نظر گرفتن این چنین نکاتی به راحتی بر پیچیدگی محاسبات می‌افزود. در مسائل دینامیکی این پیچیدگی‌ها با درنظر گرفتن نیرو‌های اینرسی میان ذرات ماده و همچنین تغییر در ماهیت رفتار ماده در حضور نیرو‌های دینامیکی، ایجاد می‌شود. در مقام مقایسه، در حالت استاتیکی، ذرات در عمل هیچ‌گونه شتابی نمی‌گیرند تا نیروهای اینرسی تولید شوند و به دلیل نرخ کرنش پایین، ماده تغییری در رفتار بنیادین خود نشان نمی‌دهد.
اغلب اوقات حل این مسائل فقط به وسیله روش‌های عددی مقدور می‌شود. روش‌های عددی در عین حال که بسیار مفید و قدرتمند هستند، دارای مشکل حجم محاسبات بالا می‌باشند که در عمل انجام آن به وسیله خود انسان بسیار دور از عقل می‌نماید. در این میان ظهور رایانه این محدویت را هر چه بیشتر از میان برداشت. با پیشرفته‌تر شدن روش‌های عددی و همچنین قوی‌تر شدن رایانه‌ها، بشر به انجام محاسبات دقیق‌تر و منطبق بر واقعیت حریص‌تر شده است. در این میان مباحث دینامیکی با نرخ بالا، از آن دسته مسائل درگیر با محاسبات به شدت غیرخطی هستند که حتی با پیشرفت‌های امروزی بشر، رسیدن نتایج به حد انطباق بر واقعیت به راحتی امکانپذیر نیست. از اینرو، باب تحقیقات در این زمینه همچنان مفتوح می‌باشد. برای شبیه‌سازی این دسته از مسائل، نرم‌افزارهای ویژه‌ای تدارک دیده‌ شده‌اند که با نام هایدروکد از سایر نرم‌افزارهای عددی متمایز می‌شوند. تفاون اصلی این نرم‌افزارها، قابلیت ویژه آنها در شبیه سازی مسائلی است که در آنها مواد (حتی جامد) به دلیل شدت بارهای وارده به صورت سیال رفتار می‌کنند، یکی از دلایل نامگذاری این نرم‌افزارها همین پدیده است. البته تاریخچه استفاده از این نرم‌افزارها به دهه 60 میلادی، زمانی که کامپیوترها شروع به پیشرفت چشمگیر در قدرت محاسبات کردند، باز می‌گردد. در آن زمان کاربرد این دسته از نرم‌افزارها به مسائل پیش‌بینی برخوردهای سرعت بالا محدود بود، ولی با پیشرفت روش‌های عددی و قدرت رایانه‌ها مسائل پیچیده‌تری که برهم‌کنش سیال و سازه نیز مرتبط می‌شدند، بدین فهرست افزوده شد. تاکنون هایدروکد‌های مختلف با کاربری‌های متفاوت به بازار ارائه شده‌اند. از این جمله می‌توان به AUTODYN, DYNA, EPIC, DYSMAS, PRONTO, Zeus اشاره کرد. در این میان نرم‌افزار AUTODYN به دلیل قدرت بالا در حل مسائل با نرخ بالا و بسیار بالا و همچنین به خاطر گستردگی و در دسترس بودن، شاید در کشور ما بیشتر مورد توجه باشد. با توجه به اینکه این نرم‌افزار ابتدا به صورت مستقل ارائه شد و سپس با گسترده‌تر شدن قابلیت‌های نرم‌افزار ANSYS Workbench به صورت یکی از نرم‌افزارهای عمل‌کننده تحت این برنامه در آمد.
3-3-1-2-روش‌های عددی مورد استفاده در تحلیل مسائل نرخ بالا در ANSYS-AUTODYN
با توجه به اینکه اغلب مسائل مکانیکی نرخ بالا، با تغییر شکل‌های بسیار بزرگ همراه هستند، یکی از عوامل بسیار مهم در آماده‌سازی مسائل برای تحلیل، دقت به این عامل است. به منظور تحلیل مسائل مهندسی، تاکنون روش‌های مختلفی ارائه گردیده شده‌اند. در این ردیف روش‌های مبتنی بر اجزاء محدود، تفاضل محدود، المان مرزی روش‌های بدون مش‌بندی و … قرار دارند.هر کدام از این روش‌ها دارای مزایا و معایب مربوط به خود می‌باشند. در ذیل به برخی از مهمترین روش‌های مورد استفاده در هایدروکدها به همراه کاربرد‌ها و ویژگی‌های هر یک اشاره می‌شود.
3-3-1-2-1-دیدگاه لاگرانژی
این روش تحلیل مسائل، بر اساس دیدگاه لاگرانژی بنا نهاده شده است. این دیدگاه بر اساس تعقیب مسیر حرکت ذرات ماده می‌باشد. پس انتظار اینکه این روش قدرت بسیار بالایی در پیش‌بینی محل مرزهای ماده و همچنین سرعت و جابجایی مواد داشته باشد، دور از منطق نیست. در حقیقت این روش ایده‌آل‌ترین روش برای بدست آوردن تاریخچه حرکت ماده در طول تحلیل است. برای استفاده از این روش محیط حل (ماده) به صورت یک سری المان تقسیم‌بندی می‌شود. نقاط گره‌ای این المان به ماده متصل هستند و با تغییرشکل‌ ماده تغییر مکان می‌دهند. به همین دلیل شکل هندسی المان‌ها در هنگام تحلیل دستخوش تغییر خواهد شد. روش لاگرانژی به دو صورت به روز رسان و ثابت فرمولیته می‌شود. در هر کدام از این روش ها، دستگاه مختصات یا به روز می‌شود و یا در یک سیستم جهانی، ثابت خواهد بود. در مسائل دینامیکی که اغلب با تغییر فرم‌های بزرگ همراه است، در صورت استفاده از این روش باید دقت نمود، زیرا تغییر شکل بیش از حد المان‌ها، اضلاع المان‌ها همدیگر را قطع می‌نمایند و باعث منفی شدن ژاکوبین ماتریس نگاشت المان خواهد شد. بر این محدودیت باید تغییر و افزایش نسبت منظری المان را نیز افزود. این عامل باعث بی‌کیفیت شدن المان و پاسخ‌های بدون دقت و دور از واقعیت آن خواهد شد. از این رو همیشه در مسائلی که در آن‌ها ماده دچار تغییر فرم‌های بسیار بزرگ می‌شود، باید به طریقی بر این مشکل فائق آمد. به عنوان مثال استفاده از المان‌های بیشتر، یکی از راه‌حل‌های موجود است. البته باید خاطر نشان کرد که استفاده از این روش در مدل‌سازی جامدات بسیار گسترده می‌باشد، زیرا این دسته از مواد به دلیل ماهیت خود در بارگذاری‌ها، به نسبت دچار تغییر فرم‌ کمتری خواهند شد.
3-3-1-2-2-دیدگاه اویلری
این دیدگاه در مقابل دیدگاه لاگرانژی است. از ادیدگاه اویلری برای شبیه‌سازی حرکت ماده استفاده می‌شود. در این روش ناظر ساکن بوده و ماده از کنار آن عبور می‌کند. به عبارتی در این روش، شبکه‌بندی ماده در فضای تحلیل ثابت بوده و این ماده است که در میان شبکه‌بندی اجازه عبور دارد. به همین دلیل این روش محدودیت لاگرانژی را نداشته و در تغییر فرم‌های بسیار بزرگ به راحتی عمل می‌کند. این عامل باعث شده است که این روش در شبیه‌سازی حرکت سیالات به وفور مورد استفاده قرار گیرد. بیشتر فرمولاسیون دینامیک سیالات محاسباتی بر مبنای این روش نوشته شده است. در این روش معادلات بقای جرم، تکانه و انرژی ارضا می‌شوند. درجات آزادی خروجی این روش، سرعت، فشار و دما هستند. جابجایی‌ها در این روش توسط انتگرال‌گیری از سرعت بدست می‌آیند. این روش به خاطر ماهیت ویژه خود در پیش‌بینی مرزهای ماده دچار ضعف بزرگی است، به همین دلیل اغلب برای محاسبه نیروها و فشارهای عمل‌کننده بر روی سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از کاربردهای گسترده این روش، شبیه‌سازی مسائل برهم‌کنش سیال و سازه است. روش اویلری نیز به نوبه خود به دو دسته روش چند ماده و تک ماده تقسیم می‌شود. در روش اول امکان شبیه‌سازی چند ماده در یک شبکه‌بندی وجود داشته در حالی که نوع دوم امکان نسبت دادن تنها یک ماده را به شبکه‌بندی مهیا می‌سازد. روش دوم دارای دقت بالاتری است. چون برهم‌کنش مواد مختلف در آن وجود نخواهد داشت. به همین ترتیب در شبکه‌بندی اویلری امکان آن که در آن واحد در یک سلول خاص چند ماده وجود داشته باشد، بسیار بالاست. محاسبات سرعت و فشار و … در این سلول تنها به کمک توابع شکل این سلول وجود دارد، در نتیجه برای محاسبات نیازمند یک ماده معادل در این سلول آمیخته هستند. تاکنون روش‌های متعددی بر اساس روش‌های میانگین وزنی در این زمینه ارائه شده‌اند ولی پاسخ مناسبی از هیچ‌کدام دریافت نشده‌است.
3-3-1-2-3-روش ALE
برای غلبه بر محدودیت‌های روش‌های لاگرانژی و اویلری، روشی مبتنی بر تلفیق این روش‌ها به نام ALE بنا نهاده شده است. در این روش که خود مبتنی بر یک فرمولاسیون مکانیک محیط پیوسته منحصر به فرد است، هر وقت تغییر فرم المان‌های لاگرانژی از حدی بیشتر شد، با استفاده از روش های اویلری ماده درون سلول‌ها جابجا شده و مش‌بندی جدید لاگرانژی مطابق با محل جدید ماده مورد بررسی ایجاد می‌گردد. بدین ترتیب هم می‌توان از قابلیت منحصر به فرد روش اویلری در تغییر فرم‌های بسیار بزرگ بهره برد و هم مرزهای مواد را با دقت مناسبی پیش‌بینی کرد. روش‌ ALE به وفور در مدل‌سازی محیط‌های واسط در مسائل FSI مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3-3-1-2-4–SPH
این دیدگاه بر مبنای روش بدون مش ارائه شده است. به این ترتیب که محیط پیوسته به یک سری ذرات که بصورت منظم پخش شده‌اند، تقسیم بندی می‌شود. توزیع درجات آزادی مجهول نیز بر اساس توابع خاص آماری است. این روش در کاربردهایی که در اثر بارگذاری شدید و با نرخ بالا، به صورت ذرات متلاشی می‌شود، بسیار مناسب است. این روش را می‌توان جزء قابلیت‌های پیشرفته شبیه‌سازی دسته‌بندی کرد که بر اساس روش‌های عددی نوین فرمولیته شده است. از جمله مواردی که می‌توان با استفاده از این روش به نتایج قابل توجهی رسید، بحث شبیه‌سازی ذرات خاک است. البته در برخوردهای سرعت بالا نیز، فلزات به صورت ذرات بسیار ریز در محیط پخش خواهند شد.
3-3-2-خصوصیات مصالح
3-3-2-1-مقدمه