تحليل اثر نانوذرات در پايداري لوله‌هاي بتني متخلخل مدفون حاوي جريان سيال به كمك روش عددي

با توجه به كاربردهاي گسترده‌ي لوله‌هاي بتني مدفون متخلخل حاوي جريان سيال در زمينهٔ مهندسي عمران، ارائه يك مدل رياضي مناسب جهت تحليل پايداري و عملكرد ديناميكي آنها امري اساسي است. در اين راستا، يك لوله بتني مدفون با در نظر گرفتن تخلخل در مصالح بتني و بستر اطراف تدوين مي‌شود كه به‌وسيله نانوذرات سيليس تقويت شده است. سازه با استفاده از المان‌هاي پوسته استوانه و با بهره‌گيري از تئوري ردي مدل‌سازي مي‌شود. براي محاسبه نيروي ناشي از جريان سيال دروني لوله، از معادله ناويراستوكس استفاده مي‌گردد. تأثير نانوذرات در لوله با استفاده از مدل اختلاط مدل‌نمايي مي‌شود، و بستر خاك نيز با بهره‌گيري از فنرهاي عمودي و لايه‌هاي برشي شبيه‌سازي مي‌گردد. در نهايت، با بهره‌گيري از اصل هميلتون، معادلات حاكم بر سازه استخراج مي‌شوند. براي تحليل سازه از روش عددي المان محدود بزير استفاده مي‌شود و تأثير پارامترهايي همچون درصد حجمي نانو ذرات، تخلخل بتن، بستر خاك، سيال درون لوله، و پارامترهاي هندسي بررسي مي‌شود. نتايج حاصل از تحليل نشان مي‌دهند كه با افزايش درصد حجمي نانوذرات از صفر به 3 درصد، بيشينه فركانس و سرعت بحراني سيال به ترتيب 35 درصد و 38 درصد افزايش مي‌يابد. همچنين، با افزايش تخلخل بتن از صفر به 0.6، فركانس بيشينه و سرعت بحراني سيال به ترتيب 26 درصد و 18 درصد كاهش مي‌يابد. اين نتايج مي‌توانند به بهبود در طراحي و بهينه‌سازي لوله‌هاي بتني حاوي جريان سيال منجر شوند و در فهم بهتر رفتار ديناميكي اين سازه‌ها كمك نمايند.