• Tidak ada hasil yang ditemukan

روش ی ﺪدی ژ ﻮﻣﮑﺎ ﯿﮏ

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Membagikan "روش ی ﺪدی ژ ﻮﻣﮑﺎ ﯿﮏ"

Copied!
19
0
0

Teks penuh

(1)

Numerical methods in  geomechanics

Hasan Ghasemzadeh

ﮏﯿﺎﮑﻣﻮژ یدﺪ ی شور

http://wp.kntu.ac.ir/ghasemzadeh

ﯽ ﻮ ﻦﺪ اﺮ ﻪ اﻮ ﯽ هﺎﮕﺸاد

ﻖﺤﻟا لﻮﻗ

ِزﺎﻨَﻣ ُهَرَّﺪَﻗو اًرﻮﻧ َﺮَﻤَﻘﻟاو ًءﺎﻴِﺿ َﺲﻤَّﺸﻟا َﻞَﻌَﺟ يﺬَّﻟا َو َل

َبﺎﺴِﺤﻟاو َﻦﻴﻨِّﺴﻟا َدَﺪَﻋ اﻮﻤَﻠﻌَﺘِﻟ

ﺲﻧﻮﻳ 5

(2)

ﻲﺑﺎﻳزرا

1 - مﺮﺘﻧﺎﻳﺎﭘ نﺎﺤﺘﻣا 70

3 - هژوﺮﭘ 20

4 - رﺎﻨﻴﻤﺳ و تﺎﻨﻳﺮﻤﺗ 10

5 - ﺖﺒﻴﻏ تارﺮﻘﻣ ﻖﺑﺎﻄﻣ –

Dr. Hasan Ghasemzadeh 3

ﻊﺎﻨ

A first course in the fem(2010) Daryl Logan 5th ed.

Fundamentals of engineering numerical analysis(2010) Parviz Moin 2en ed.

Numerical Methods for Engineers and Scientific (2001) Joe D. Hoffma.

Numerical Mathematics(2000) , Alfio Quarteroni, Riccardo Sacco, Fausto Saleri

Finite Elements and Approximation, (1983) Univ. of Wales, Swansea, U. K.

(1983) O. C. Zien kiewicz & K. Morgan, John Wiley & Sons,

The Boundary Element Method For Engineers, 1980, Brebbia C.A.

Numerical Methods for Elliptic and Parabolic Partial Differential Equations, 2003, Peter Knabner Lutz Angermann

The Finite Element Method in the Static and Dynamic Deformation and Consolidation of Porous Media (1998) R.W. Lewis and B.W. Schrefler

1380 ، داﮋﻧرﺪﺻ ﻦﻳﺪﻟاﺮﻴﻣاﺪﻴﺳ مﻮﺣﺮﻣ، دوﺪﺤﻣ ءاﺰﺟا شور ﺮﺑ يا ﻪﻣﺪﻘﻣ

يدﺪﻋ يﺎﻬﺷور ﻪﺑ طﻮﺑﺮﻣ ﻲﻤﻠﻋ تﻻﺎﻘﻣ

سﻼﻛ هوﺰﺟ

Dr. Hasan Ghasemzadeh 4

(3)

تﺎﻴﻠﻛ شور يﺎﻫ يدﺪﻋ رد ﻚﻴﻧﺎﻜﻣﻮﺋژ  

– ﻞﻴﺴﻧاﺮﻔﻳد تﻻدﺎﻌﻣ 

شور توﺎﻔﺗ دوﺪﺤﻣ

شور ياﺰﺟا دوﺪﺤﻣ

دﺮﺑرﺎﻛ شور ﻞﺋﺎﺴﻣ ﻞﺣ رد يدﺪﻋ يﺎﻫ ﻚـﻴﻧﺎﻜﻣﻮﺋژ

) ،ﺖـﺴﺸﻧ شﺮﺘـﺴﮔ ﺎﻬـﺸﻨﺗ

ـﭘ ، ﻲ يﺎـﻫ

، ﻞﺋﺎﺣ يﺎﻫراﻮﻳد ،ﺎﻫ ﻊﻤﺷ ،ﻲﺤﻄﺳ ،ﺖﻔﻧ نزﺎﺨﻣ

هﺎﭼ يﺎﻫ ﺖﻔﻧ (...

هزﺎﻓ ﻪﺳ ود يﺎﻬﻄﻴﺤﻣ يدﺪﻋ ﻞﺣ ﺖﻛﺮﺣ ﻞﺣ جﻮﻣ

ﻞﺨﻠﺨﺘﻣ يﺎﻬﻄﻴﺤﻣ رد

يدﺪﻋ يﺎﻫﻮﮕﻟا –

يرﺎﺘﺧﺎﺳ تﻻدﺎﻌﻣ  -

ﺎﻬﺠﻨﺳاﺮﻓ ﻲﺑﺎﻳزرا

Dr. Hasan Ghasemzadeh 5

سرد ﺐﻟﺎﻄﻣ ﺖﺳﺮﻬﻓ

- رد تﻻدﺎﻌﻣ ﻚﻴﻧﺎﻜﻣﻮﺋژ

يدﺪﻋ يﺎﻬﺷور تﺎﻴﻠﻛ - يدﺪﻋ يﺎﻬﺷور عاﻮﻧا - ﻞﺣ يروآدﺎﻳ - تﻻدﺎﻌﻣ

يدﺪﻋ يﺮﻴﮔ لاﺮﮕﺘﻧا - يژﺮﻧا لﻮﺻا -

تﺎﻴﻠﻛ شور يدﺪﻋ يﺎﻫ ﻚﻴﻧﺎﻜﻣﻮﺋژ رد

(4)

كﺎﺧ رد شواﺮﺗ

2

0

2 2

2

 

z k h x

k

x

h

z

Dr. Hasan Ghasemzadeh 7

شواﺮﺗ

كﺎﺧ رد شواﺮﺗ

z K D z

z

t



 

 ( () )

 

 

 h

K D( ) ( )

Dr. Hasan Ghasemzadeh 8

(5)

كﺎﺧ رد ﻲﮔدﻮﻟآ

Dr. Hasan Ghasemzadeh 9

pollution

groundwater mining subsidence

كﺎﺧ رد ﻲﮔدﻮﻟآ

2 2

c c c

D C

x x t

    

  

(6)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 11

كﺎﺧ رد تراﺮﺣ رﺎﺸﺘﻧا

Nuclear waste disposal

كﺎﺧ رد تراﺮﺣ رﺎﺸﺘﻧا

T

2

t  T

  

Dr. Hasan Ghasemzadeh 12

(7)

كﺎﺧ رد ﻢﻴﻜﺤﺗ

Dr. Hasan Ghasemzadeh 13

2

2 v

u u

z c t

  

 

2 2 2

2

u w

t C z

w u

t D z



 

 

كﺎﺧ رد ﻞﻜﺷ ﺮﻴﻴﻐﺗ و ﺶﻨﺗ ﻞﻴﻠﺤﺗ

لدﺎﻌﺗ ﻪﻟدﺎﻌﻣ )

ﻪﻟدﺎﻌﻣ ﻪﺳ (

ﺶﻧﺮﻛ يرﺎﮔزﺎﺳ ﻪﻄﺑار -

ﻪﻄﺑار ﺶﺷ (

يرﺎﺘﺧﺎﺳ ﻪﻄﺑار

(8)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 15

يﺪﻌﺑ ﻚﻳ جﻮﻣ ﻪﻟدﺎﻌﻣ E

cpxx

p

tt

c u

u 

2

يﺪﻌﺑ ﻪﺳ ﻂﻴﺤﻣ رد جﻮﻣ ﻪﻟدﺎﻌﻣ تﻻدﺎﻌﻣ ﻴﻣﺎﻨﻳدﻮﺘﺳﻻا ﻚ

كﺎﺧ رد ﻲﻟﻮﻃ جاﻮﻣا رﺎﺸﺘﻧا

 

v 2 x 22x

u u

x t

      

 

 

v 2 y 22y

u u

y t

      

 

 

v 2 z 22z

u u

z t

      

 

First‐Order PDEs

First‐order linear wave equation (advection eq.) 

Propagation of wave with speed c

Advection of passive scalar with speed c

First‐order nonlinear wave equation (inviscid Burgers’s

equation) gas dynamics and traffic flow

Dr. Hasan Ghasemzadeh 16

x 0 c u t

u 

 

x 0 u u t

u 

 

(9)

Second‐Order PDEs

Advection‐diffusion equation (linear)

Burger’s equation (nonlinear)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 17

2 2

  

 

  

u u u

t  x u x

2 2

    

  

T T T

t  x c x

Other Common PDEs

Korteweg‐de Vries (KdV) equation 

Laplace and Poisson’s equations

x 0 u x

u u t u

3

3

 

 

Nonlinear

dispersive wave

waves on shallow water surfaces



 

 

 

 

 : Poisson

Laplace :

) ,

( f 0

0 y f

x y f

u x

u u

2

2 2 2 2

(10)

Other Common PDEs

Helmholtz equation

Tricomi equation

Dr. Hasan Ghasemzadeh 19

Time-dependent harmonic waves Propagation of acoustic waves

0 u y k

u x

u

2

2 2 2

2

 

 



 

 

 

hyperbolic

:

elliptic

:

0 y

0 0 y

y u x

y u

2

2 2

2 Mixed-type

transonic flow

Other Common PDEs

Wave equation

Fourier equation (Heat equation)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 20

x 0

c u t

u

2 2 2 2

2

 

2 2

x T t

T

 

 

(11)

Navier‐Stokes Equations

Navier‐Stokes equation 

Vorticity / stream function formulation

Dr. Hasan Ghasemzadeh 21

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 2

2 2

y y x

x v t u

 

Navier‐Stokes Equations

Navier‐Stokes equation 

Primitive variables











 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 2 2 2

2 2 2 2

y v x

v y

p 1 y

v v x u v t v

y u x

u x

p 1 y

v u x u u t u

y 0 v x u

 

 

(12)

RANS Equations: Turbulent Flows

Reynolds‐Averaged Navier‐Stokes equation 

Dr. Hasan Ghasemzadeh 23











y vv x uv y

V x

V y

P 1 y V V x U V t V

y uv x

uu y

U x

U x

P 1 y V U x U U t U

y 0 V x U

2 2 2 2

2 2 2 2









) (

) (

) (

 

 

 

1 2

2 2 2 2 t

2 2 2 2 t

C G k C y y x

x V t U

y G k x

k y

V k x U k t k

Linear second‐order PDE in two independent  variables (x,y), (x,t), etc.

A, B, C, …, G are constant coefficients (may be  generalized)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 24

0 G y Fu

E u x D u y C u y x B u x

A u 2

2 2

2

2   

 

 

 

 

Classification of PDEs

The equation types are coordinate invariant, i.e., coordinate transformation will not  change the type of equations

Physical processes are independent of coordinates

(13)

Coordinate Transformation

Physical plane Transformed plane

Dr. Hasan Ghasemzadeh 25

Physical Plane

x y

Transformed Plane

) , (

) , (

) , (

) ,

(  

 

y y

x x y

x y x

Classification of PDEs

The classification depends only on the highest‐order derivatives  (independent of D, E, F, G)

For nonlinear problems [A,B,C = f(x,y,u)],the discriminant can  still be used.

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Auxxxyyyxy   





hyperbolic :

parabolic :

elliptic :

tion Classifica

0 AC 4 B

0 AC 4 B

0 AC 4 B

2 2 2

(14)

Classification of PDEs

General form of second‐order PDEs (2 variables)

(1) Hyperbolic PDEs (Propagation)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 27

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Au

xx

xy

yy

x

y

  





 

 

 

 

order) (second

0

order) -

(first 0

2 2 2 2 2

x c u t

u x u u t Advection equation u

Wave equation

hyperbolic :

0 4

4 2

2ACc

B

Classification of PDEs

General form of second‐order PDEs (2 variables)

(2) Parabolic PDEs (Time‐ or space‐marching)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 28

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Au

xx

xy

yy

x

y

  





 

 

 

2 2

2 2

x t

ν x

u x t

 

Burger’s equation

Fourier equation

Diffusion / dispersion

2 4 0 : p bolic B A C ara

(15)

Classification of PDEs

General form of second‐order PDEs (2 variables)

(3) Elliptic PDEs (Diffusion, equilibrium problems)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 29

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Au

xx

xy

yy

x

y

  









 

 

 

 

 

 

0 y c

x

y x y f

x

y 0

x

2 2 2 2 2

2 2 2 2

2 2 2 2

 

) , ( Laplace equation

Possion’s equation Helmholtz equation

elliptic :

0 4

2 4AC   B

Classification of PDEs

General form of second‐order PDEs (2 variables)

(4) Mixed‐type PDEs

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Au

xx

xy

yy

x

y

  



 

 

 

supersonic

:

subsonic

: )

( M 1

1 0 M

n M s

1 2

2 2 2

2

 

Steady, compressible potential flow

1 0

4 4 ) 1

(

4  2   2   

M M M



parabolic :

1

elliptic :

1 M

M

(16)

Classification of PDEs

General form of second‐order PDEs (2 variables)

(5) System of Coupled PDEs

Dr. Hasan Ghasemzadeh 31

0 G Fu Eu

Du Cu

Bu

Au

xx

xy

yy

x

y

  

Navier-Stokes Equations











2 2 2 2

2 2 2 2

y v x

v y

p 1 y v v x u v t v

y u x

u x

p 1 y v u x u u t u

y 0 v x u

 

 

Dr. Hasan Ghasemzadeh 32

ﺖﻔﻧ هﺎﭼ فاﺮﻃا شواﺮﺗ

(17)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 33

ﺖﻔﻧ هﺎﭼ فاﺮﻃا ﻞﻜﺷﺮﻴﻴﻐﺗ

تﻻدﺎﻌﻣ ﻞﺣ يﺎﻫ شور

شور يﺎﻫ ﻲﻠﻴﻠﺤﺗ شور

يﺎﻫ يدﺪﻋ

تﻻدﺎﻌﻣ هدﺎﺳ

و فوﺮﻌﻣ

تﻻدﺎﻌﻣ ﻲﻄﺧ

ﻂﻳاﺮﺷ يزﺮﻣ هدﺎﺳ

باﻮﺟ ﻖﻴﻗد عاﻮﻧا

تﻻدﺎﻌﻣ تﻻدﺎﻌﻣ ﻲﻄﺧ

و ﺮﻴﻏ ﻲﻄﺧ

ﻂﻳاﺮﺷ يزﺮﻣ هﺪﻴﭽﻴﭘ

باﻮﺟ ﻲﺒﻳﺮﻘﺗ

يﺎﻫزﺎﻴﻧ

ﻲﺳﺪﻨﻬﻣ نﺎﻣز

ﻞﺣ ﺐﺳﺎﻨﻣ

ﺖﻗد ﺐﺳﺎﻨﻣ

ﻦﺘﺴﻧاد دوﺪﺣ ﺐﻳﺮﻘﺗ

(18)

ﻪﺑ هدﺎﺳ شﺮﮕﻧ دﺮﻜﻠﻤﻋ

يدﺪﻋ يﺎﻫ شور

Dr. Hasan Ghasemzadeh 35

يدﺪﻋ يﺎﻬﺷور رد ﻞﻴﺴﻧاﺮﻔﻳد تﻻدﺎﻌﻣ

ﺮﺑ ﻢﻛﺎﺣ ﻂﻴﺤﻣ ﻜﻳ ﻪﺑ ﻪﻟﺎﺴﻣ يﺮﺴ

ددﺮﮔ لﺪﺒﻣ هدﺎﺳ يﺮﺒﺟ تﻻدﺎﻌﻣ .

ﺑ باﻮﺟ ﻪﻠﺻﺎﺣ تﻻدﺎﻌﻣ يدﺪﻋ ﻞﺣ ﺎﺑ ﺎ

ددﺮﮔ ﻲﻣ ﻞﺻﺎﺣ ﺎﻄﺧ يرﺪﻗ .

ﻪﺑ هدﺎﺳ شﺮﮕﻧ دﺮﻜﻠﻤﻋ

يدﺪﻋ يﺎﻫ شور

يدﺪﻋ ﺎﻬﺷور عاﻮﻧا دوﺪﺤﻣ فﻼﺘﺧا

دوﺪﺤﻣ ي اﺰﺟا يزﺮﻣ ي اﺰﺟا مﺎﺠﺣا دوﺪﺤﻣ

اﺰﺠﻣ ياﺰﺟا ﻪﻜﺒﺷ نوﺪﺑ

Dr. Hasan Ghasemzadeh 36

(19)

Dr. Hasan Ghasemzadeh 37

Referensi

Dokumen terkait

ﻪﺳ ﻦﻳا رد مﻮﻬﻔﻣ ﺪﻴﻛﺄﺗ ﻪﻛ هﺪﺷ هﺪﻳا ﺎﻫ و شزرا ﺎﻫ ، هار ﻞﺣ يﺎﻫ ياﺮﺑ ار ﻲﺻﺎﺧ ﻲﺘﺳﺎﻴﺳ حﺮﻄﻣ ﻲﻣﻮﻤﻋ تﻼﻜﺸﻣ ﻲﻣ ﺪﻨﻨﻛ ، ﺔﻨﻣاد هار ﻞﺣ يﺎﻫ دوﺪﺤﻣ ار ناراﺬﮕﺘﺳﺎﻴﺳ ﺮﻈﻧﺪﻣ ﻲﺘﺳﺎﻴﺳ ﻲﻣ و ﻢﻴﻫﺎﻔﻣ ،ﺪﻧزﺎﺳ

لﺎﺳ رد ﺮﻴﺧا يﺎﻫ ﻮﺒﺤﻣ ناﻮﻨﻋ ﻪﺑ ﻚﻴﺘﻧژ ﻢﺘﻳرﻮﮕﻟا ﺑ ﻞﻳﺎﺴﻣ ﻞﺣ ياﺮﺑ ﻊﻴﺳو رﻮﻃ ﻪﺑ نآ ﻦﻳﺮﺗدﺮﺑرﺎﻛﺮﭘ و ﺪﻨﻤﺷﻮﻫ شور ﻦﻳﺮﺘ ﺪﻨﻧﺎﻤﻫ ﻲﻄﺧﺮﻴﻏ هﺪﻴﭽﻴﭘ يزﺎﺳ ﻪﻨﻴﻬﺑ ﻪﻟﺄﺴﻣ ترﺪﻗ ﻢﺘﺴﻴﺳ زﺎﺳراﺪﻳﺎﭘ ﻲﺣاﺮﻃ ﺖﺳا هﺪﺷ

ﻞﺣ ﯽﺟﺮﮐ ﻞﺋﺎﺴﻣ رد مود ﮥﺟرد تﻻدﺎﻌﻣ یاﺮﺑ ﯽﯾﺎﻫ رد ﯽﺟﺮﮐ ﻪﮐ ﯽﻠﺋﺎﺴﻣ يﺮﺨﻔﻟا بﺎــﺘﮐ مرﺎــﻬﭼ ﺎــﺗ لوا تﻻﺎﻘﻣ زا ﻪﻤﻫ هدروآ ﺎــﮑﯿﺘﻤﺜﯾرا سﻮﺘﻧﺎــﻓﻮﯾد ی ﭻﯿﻫ ﻦﯾاﺮﺑﺎﻨﺑ ؛ﺖﺳا هﺪﺷ ﻪﺘﻓﺮﮔ نآ زا ﮏﯾ

.ﺖﺳا هﺪﺷ ظﺎﺤﻟ تﻻدﺎﻌﻣ رد رﺎﺸﻓ و ﺶﺸﮐ ﺖﺤﺗ ﺖﻤﺴﻗ ود هوﻼﻋ مﺮﺗ ﺮﺑ مﺮﺗ ﻞﻣﺎﺷ ﯽﺳﺪﻨﻫ ﯽﺘﺨﺳ ،ﯽﻄﺧ يﺎﻫ رد ،ﯽﻄﺧﺮﯿﻏ يﺎﻫ ﺶﺨﺑ رد نآ رﻮﻀﺣ ﺮﯿﺛﺄﺗ و هﺪﺷ رﻮﻈﻨﻣ تﻻدﺎﻌﻣ درﻮﻣ ﻒﻠﺘﺨﻣ يﺎﻫ راﺮﻗ ﻞﯿﻠﺤﺗ و يژﺮﻧا شور

[ ا ﯽﻔﯿﮐ يﺎﻫ ﺺﺧﺎﺷ ﻪﺑ ﯽﮐارﻮﺧ يﺎﻫ ﻢﻠﯿﻓ ﯽﯾآرﺎﮐ ﻪﮐ ﺎﺠﻧآ ز زا دﻮـﺧ ﻪـﺑﻮﻧ ﻪـﺑ ﺰﯿﻧ ﺎﻫ ﺺﺧﺎﺷ ﻦﯾا و دﻮﺷ ﯽﻣ طﻮﺑﺮﻣ ﺎﻫ نآ ،ﻪﻟﺎﻘﻣ ﻦﯾا رد ،ﺪﻧﺮﯾﺬﭘ ﯽﻣ ﺮﺛا ﺎﻫ نآ ﺪﯿﻟﻮﺗ شور و ﺎﻫ ﻢﻠﯿﻓ ﺲﻨﺟ يا ﻪـﯾﺎﭘ يﺎـﻫ

[ ا ﯽﻔﯿﮐ يﺎﻫ ﺺﺧﺎﺷ ﻪﺑ ﯽﮐارﻮﺧ يﺎﻫ ﻢﻠﯿﻓ ﯽﯾآرﺎﮐ ﻪﮐ ﺎﺠﻧآ ز زا دﻮـﺧ ﻪـﺑﻮﻧ ﻪـﺑ ﺰﯿﻧ ﺎﻫ ﺺﺧﺎﺷ ﻦﯾا و دﻮﺷ ﯽﻣ طﻮﺑﺮﻣ ﺎﻫ نآ ،ﻪﻟﺎﻘﻣ ﻦﯾا رد ،ﺪﻧﺮﯾﺬﭘ ﯽﻣ ﺮﺛا ﺎﻫ نآ ﺪﯿﻟﻮﺗ شور و ﺎﻫ ﻢﻠﯿﻓ ﺲﻨﺟ يا ﻪـﯾﺎﭘ يﺎـﻫ

ﻲﻳﺎﺳﺎﻨﺷ دﺪﺻرد ﺶﻫوﮋﭘ ﻦﻳا ﻲﺸﺨﺑﺮﺛا ﻲﻳآرﺎﻛ ﺮﺑ شور ﻦﻳا ﺮـﺑ ﻲﻨﻴﻟﺎﺑ شزﻮﻣآ نﺎﻳﻮﺠﺸـﻧاد يرﺎﺘﺳﺮﭘ ﺖﻬﺟ رد ﺞﻳﺎﺘﻧ دﺮﺑرﺎﻛ و ﻞﺣ ﺸﻣ ﻜ تﻼ شزﻮﻣآ ﻟﺎﺑ ﻴﻨ ﻲ ﺖﺳا ﻪﺘﻓﺮﮔ ترﻮﺻ.. شور : رد ﺶﻫوﮋﭘ ﻦﻳا ،ﻲﺑﺮﺠﺗ

يزﺎﺳ ﻪﯿﺒﺷ دوﺪﺤﻣ ياﺰﺟا يدﺪﻋ .ﺪﯾدﺮﮔ هدﺎﻔﺘﺳا ﺞﯾﺎﺘﻧ ﯽﻔﯿﮐ ترﻮﺼﺑ يزﺎﺳ ﻪﯿﺒﺷ ﺞﯾﺎﺘﻧ ار ﯽﻠﯿﻠﺤﺗ ﺄﺗ ﯿﯾ ﺪ ﯽﻣ فﻼﺘﺧا شور ود ﺞﯾﺎﺘﻧ ﻦﯿﺑ ﯽﻤﮐ ظﺎﺤﻟ ﻪﺑ ﯽﻟو .ﺪﻨﻨﮐ دﻮﺟو ﻪﺑ فﻼﺘﺧا ﻦﯾا ﺖﻠﻋ .دراد لﺪﻣ زﺎﺳ