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