کتاب دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات با MATLAB

کتاب دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات با MATLAB

با گذر زمان شاهد تغییرات قابل ملاحظه‌ای در سبک زندگی مردم و به دنبال آن ایجاد سازه‌های بزرگ و پیچیده در قرن اخیر هستیم. لذا یکی از چالش‌های جامعه مهندسی، شناخت کامل رفتار سازه‌ها و کنترل آن در مقابل مخاطراتی است که این سازه‌ها را تهدید می‌کند. با توجه به ماهیت رفتار دینامیکی سازه‌ها و پیچیدگی‌های ذاتی آن، رایانه به عنوان وسیله محاسباتی با سرعت بالا، توجه مهندسین را به خود جلب کرده است.

در این بین، نرم افزار MATLAB به عنوان ابزاری توانمند در محاسبات عددی و پیچیده‌ پیشتاز است. لذا در این کتاب مباحث پایه دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات و توضیحات اجمالی برای هر مبحث آورده‌شده‌است و تلاش عمده به ارائه مثال‌های کاربردی دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات در محیط MATLAB متمرکز شده‌است.

مقدمه کتاب دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات با MATLAB:

با گذر زمان شاهد تغییرات قابل‌ ملاحظه‌ای در سبک زندگی مردم، و متناسب با درک مخاطره‌ها و فرصت‌ها، شاهد ساخت سازه‌های بزرگ و پیچیده در قرن اخیر هستیم. بالطبع تغییر در جوامع انسانی مستلزم بوجود آمدن تسهیلات و ساخت سازه‌هایی نظیر برج‌ها، پل‌ها، سدها، دکل‌های مخابراتی، دودکش‌ها و غیره برای زندگی در کنار یکدیگر است.

این قبیل سازه‌ها در طول عمر خود در معرض انواع مختلف بارها قرار می‌گیرند که می‌توان در دو دسته کلی استاتیکی و دینامیکی جای داد. در عمل باری که به سازه وارد می‌شود کاملاً استاتیکی نیست.

با توجه به دخیل بودن عامل زمان در حین اعمال بار به سازه و ماهیت طبیعی عالم خاکی، برای تحلیل دقیق این سازه‌ها باید عامل زمان در اعمال بار را در تحلیل لحاظ کرد. بنابراین، اکثر ماشین‌ها و سازه‌های مهندسی تا حدودی ارتعاش را تجربه می‌کنند و طراحی آن‌ها نیز بالطبع نیازمند ملاحظات رفتار نوسانی است.
با توجه به این‌که روش‌های دینامیکی روش‌های پیچیده و در اکثر مواقع مستلزم محاسبات عددی پیچیده‌ای است، رایانه به‌ عنوان وسیله محاسباتی با سرعت بالا توجه مهندسان را به خود جلب کرده و مهندسان و شرکت‌های مهندسی سعی در تدوین و ایجاد نرم‌افزارهایی که قابلیت تحلیل سیستم‌های دینامیکی را دارا باشند کرده‌اند.

در این‌ بین نرم‌افزار متلب (MATLAB) به‌ عنوان ابزاری قدرتمند در عرصه محاسبات عددی و پیچیده ریاضی چند دهه‌ای است که جلوه نموده و پیشتاز است.

در این کتاب  مباحث پایه دینامیک سازه‌ها و توضیحات اجمالی برای هر مبحث آورده‌شده‌است. با توجه به فراگیری علم دینامیک سازه‌ها، بدون دارا بودن توانایی در کاربرد آن و فقدان منبع منسجم به زبان فارسی در زمینه کاربرد نرم‌افزار متلب در دینامیک سازه‌ها و عدم آشنایی دانشجویان مهندسی عمران با دستورات مربوط، عمده تلاش در این کتاب به ارائه مثال‌های کاربردی دینامیک سازه‌ها در محیط متلب متمرکزشده است.

فهرست کتاب دینامیک سازه‌ها و کنترل ارتعاشات با MATLAB:

مقدمه

فصل اول / مفاهیم بنیادی دینامیک سازه‌ها

۱‏-‏۱- انواع مختلف بارهای دینامیک
۱‏-‏۲- تفاوت بین مسائل دینامیک و استاتیکی
۱‏-‏۳- ‏‏‏ارتعاشات
۱‏-‏۴- تعیین معادلات حرکت سیستم یک‌درجه‌آزادی
۱‏-‏۴-‏‏۱- تعیین معادله حرکت بر اساس قانون دوم نیوتن
۱‏-‏۴-‏‏۲- روش تعادل دینامیکی بر اساس اصل دالامبر
۱‏-‏۴-‏‏۳- اصل کار مجازی
۱‏-‏۴-‏‏۴- روش انرژی
‏۱-‏۴‏-‏۴‏-‏۱- انرژی نوسانگر هارمونیک ساده
۱‏-‏۴-‏‏۵- اصل همیلتون
۱‏-‏۵- سیستم‌های یک‌ درجه‌ آزادی تعمیم‌یافته
۱‏-‏۵-‏‏۱- سیستم با پارامترهای گسسته
۱‏-‏۵-‏‏۲- سیستم با پارامترهای پیوسته

فصل دوم / ارتعاش‌آزاد سیستم‌های یک‌درجه‌آزادی

۲-‏۱- میرایی
۲-‏۲- ارتعاش‌ آزاد سیستم‌های یک‌ درجه‌ آزادی بدون میرایی
۲‏-‏۳- ارتعاش‌ آزاد میرا
۲‏-‏۳-‏‏۱- سیستم با میرایی بحرانی
۲‏-‏۳-‏‏۲- سیستم با میرایی زیربحرانی
۲‏-‏۳-‏‏۳- سیستم با میرایی فوق‌بحرانی
۲‏-‏۴- کاهش لگاریتمی (استهلاک ارتعاش)
۲‏-‏۵- اتلاف انرژی در میرایی ویسکوز
۲‏-‏۶- میرایی هیسترزیس
۲‏-‏۷- میرایی کولمب (میرایی اصطکاک خشک)

فصل سوم / سیـستم‌های یک‌ درجه‌ آزادی تحت بارگذاری یکنواخت و هارمونیک

۳‏-‏۱- سیستم‌های نامیرا تحت نیروی یکنواخت
۳‏-‏۲- سیستم‌های میرا تحت نیروی یکنواخت
۳‏-‏۳- سیستم‌های نامیرا تحت نیروی هارمونیک
۳‏-‏۴- تشدید
۳‏-‏۵- ضربان
۳‏-‏۶- سیستم‌های میرا تحت بارگذاری هارمونیک
۳‏-‏۶-‏‏۱- فرکانس‌های تشدید و پاسخ‌های تشدید
‏۳-‏۷- بارهای وابسته به فرکانس
۳‏-‏۸- انتقال نیرو و مجزاسازی ارتعاش
‏۳-‏۹- ارتعاش پایه
۳‏-‏۹-‏‏۱- ارتعاش پایه به‌صورت جابجایی
۳‏-‏۹-‏‏۲- تحریک پایه به‌صورت شتاب
‏۳-‏۱۰- ارزیابی میرایی
۳‏-‏۱۰-‏‏۱- استهلاک ارتعاش‌آزاد
۳‏-‏۱۰-‏‏۲- آزمایش تشدید
۳‏-‏۱۰-‏‏۳- روش نیم‌توان

فصل چهارم / سیستم‌های یک‌درجه‌آزادی تـحت بـارگـذاری ضربـه‌ای

۴‏-‏۱- سیستم‌های نامیرا تحت ضربه مستطیلی
۴‏-‏۲- سیستم‌های نامیرا تحت ضربه مثلثی
‏۴-‏۳- سیستم‌های نامیرا تحت ضربه نیم‌سینوسی
۴‏-‏۴- طیف جابجایی تحت بار ضربه
۴‏-‏۵- تحلیل تقریبی برای بار ضربه‌ای کوتاه‌مدت
۴‏-‏۶- انتگرال دوهامل
‏۴-‏۷- کاربرد تابع STEP در سیستم‌های یک‌درجه‌آزادی

فصل پنجم / پاسـخ دینامیکی سازه‌ها با استفاده از روش‌های عددی

۵‏-‏۱- روش‌های گامبندی زمانی
۵‏-‏۲- انواع روش‌های گامبندی زمانی
۵‏-‏۲-‏‏۱- درون‌یابی تابع تحریک
۵‏-‏۲-‏‏۲- انتگرال‌گیری مستقیم معادله حرکت
۵‏-‏۲-‏‏۳- روش‌های گام واحد
۵‏-‏۲-‏‏۴- روش‌های شتاب مفروض
۵‏-‏۲-‏‏۵- روش شتاب مفروض
۵‏-‏۲-‏‏۶- روش‌های گامبندی
۵‏-‏۲-‏‏۷- روش پایدار مشروط
۵‏-‏۳- پاسخ به تحریک پایه
۵‏-‏۴- روند ویلسون (توصیه شده)
۵‏-‏۴-‏‏۱- ارتعاش آزاد میرا به دلیل شرایط اولیه
۵‏-‏۴-‏‏۲- جواب عمومی تحت بارگذاری تصادفی
۵‏-‏۵- پاسخ سیستم یکدرجهآزادی الاستو-پلاستیک
۵‏-‏۶- طیف پاسخ با انتگرال عددی
۵‏-‏۷- روش عددی برای ارزیابی انتگرال دوهامل
۵‏-‏۷-‏‏۱- برای یک سیستم نامیرا
۵‏-‏۷-‏‏۲- برای سیستم با میرایی زیربحرانی
۵‏-‏۸- انتخاب روش انتگرال‌گیری مستقیم

فصل ششم / سیستم‌های دو‌ درجه‌ آزادی

۶‏-‏۱- ارتعاش‌آزاد سیستم دو‌ درجه‌ آزادی بدون میرایی
‏۶-‏۱-‏‏۱- تعیین ماتریس‌های ضرایب به روش سختی و نرمی
۶‏-‏۱-‏‏۲- سیستم دو‌ درجه‌ آزادی نامیرا تحت نیروی هارمونیک
‏۶-‏۲- سیستم دو‌ درجه‌ آزادی میرا (ارتعاش‌ آزاد و واداشته)

فصل هفتم / ارتعاش سیستم‌های چند‌درجه‌آزادی

۷‏-‏۱- مدل‌سازی سیستم پیوسته به‌صورت چند‌درجه‌ آزادی
۷‏-‏۲- مشخصات الاستیک سیستم‌های چند‌د رجه‌ آزادی
۷‏-‏۲-‏‏۱- نرمی
۷‏-‏۲-‏‏۲- سختی
۷‏-‏۲-‏‏۳- اینرسی
۷‏-‏۲-‏‏۴- میرایی ویسکوز
۷‏-‏۳- ارتعاش‌ آزاد سیستم‌های چند‌درجه‌آزادی نامیرا
۷‏-‏۴- قانون بتی
۷‏-‏۵- اصل تعامد اشکال مودی
۷‏-‏۶- تغییر مختصات (تبدیل معکوس)
۷‏-‏۷- نرمال کردن مودها
۷‏-‏۸- تراکم استاتیکی ماتریس سختی
۷‏-‏۹- معادلات مودال برای تحلیل سیستم نامیرا تحت نیروی وابسته به زمان
۷‏-‏۱۰- معادلات مودال ارتعاش واداشته میرا

فصل هشتم / کنترل سازه‌ها

۸‏-‏۱- کنترل فعال ساختمان چندطبقه با استفاده از تاندون‌های فعال
‏۸-‏۱-‏‏۱- معادلات حرکت کنترل لرزه‌ای با استفاده از میراگر‌های جرمی فعال
۸‏-‏۱-‏‏۲- معادلات حرکت سازه ‌کنترل‌شده به شکل معادلات حالت
۸‏-‏۱-‏‏۳- قانون بازخورد و طراحی کنترلر
۸‏-‏۱-‏‏۴- حل معادله حالت
۸‏-‏۱-‏‏۵- الگوریتم‌های کنترل
۸‏-‏۱‏-‏۵‏-‏۱- الگوریتم اختصاص قطب‌ها
۸‏-‏۱-‏‏۶- بهینه‌سازی با ازدحام ذرات (PSO)
۸‏-‏۱-‏‏۷- کنترل منطق فازی
۸‏-‏۲- میراگرهای هیدرولیکی و اصول عملکردی آن
۸‏-‏۳- میراگرهای مغناطیسی و اصول عملکردی آن
۸‏-‏۴- مثال ۱: کنترل ساختمان‌های نامنظم با میراگر جرمی ‌تنظیم‌شده دوقلو
۸‏-‏۵- مثال ۲: کنترل ساختمان با جداگرهای لرزه‌ای همراه با آلیاژ‌های حافظه‌دار
۸‏-‏۶- مثال ۳: کنترل سازه سهبعدی با در نظر گرفتن اندرکنش خاک-سازه

منابع و مآخذ