Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zastosowanie modelowań numerycznych do oceny wielkości drgań górotworu w otoczeniu podziemnych wyrobisk górniczych

Chodacki Jacek

Przegląd Górniczy

|

2020

|

T. 76, nr 4

28--36

PL

Wstrząsy sejsmiczne, wywołane nagłym odprężeniem skał górotworu w pobliżu podziemnych wyrobisk górniczych, stanowią zagrożenie dla ludzi pracujących pod ziemią. Propagująca fala sejsmiczna powoduje gwałtowny wzrost obciążeń dynamicznych, a te są bezpośrednio związane z wielkością drgań ośrodka skalnego. Znajomość parametrów tych drgań wpływa na ocenę stateczności wyrobisk podziemnych oraz pozwala na właściwy dobór obudowy chodnikowej. Jedną z metod umożliwiających prognozowanie parametrów drgań sejsmicznych od wstrząsów górniczych jest Metoda Elementów Spektralnych (SEM). W metodzie tej obliczane są sejsmogramy syntetyczne, które umożliwiają obrazowanie pełnego przebiegu falowego. W artykule przedstawiono wyniki modelowań drgań od wstrząsu o magnitudzie 2.7 w skali Richtera, który wystąpił w dniu 17.04.2018 w kopalni KWK Piast-Ziemowit. Obliczone sejsmogramy wykazują dużą zgodność z rzeczywistymi przebiegami falowymi, zarejstrowanymi w bliskiej odległości od ogniska wstrząsu. Wskazuje to na właściwy dobór parametrów modelu i potwierdza skuteczność metod numerycznych, które mogą stanowić uzupełnienie metod analitycznych w rozwiązywaniu problemów związanych z bezpieczeństwem pracy pod ziemią.

EN

Seismic tremors, caused by sudden relaxation of a rock mass near underground mining excavations, pose a considerable threat to people working underground. The propagating seismic wave causes a rapid increase in the dynamic loads, which are directly related to the amount of rock vibration. Knowledge of the vibration parameters can be used in the assessment of the stability of underground excavations and allows for the proper selection of gallery support. One of the methods for forecasting seismic vibration parameters from mining tremors is the spectral element method (SEM). In this method, synthetic seismograms are calculated to image the full waveform. This article presents the results of modeling vibrations generated by a tremor with a magnitude of 2.7 on the Richter scale; this tremor occurred on April 17, 2018, in the KWK Piast-Ziemowit mine. The calculated seismograms show high compliance with the real waveforms recorded near the source of the tremor. This compliance indicates that the selected model parameters were correct and confirms the effectiveness of numerical methods to complement analytical methods in solving problems related to underground work safety.

2

A novel formulation of 3D spectral element for wave propagation in reinforced concrete

Rucka M., Witkowski W., Chróścielewski J., Burzyński S.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2017

|

Vol. 65, nr 6

805--813

EN

The paper deals with numerical simulations of wave propagation in reinforced concrete for damage detection purposes. A novel formulation of a 3D spectral element was proposed. The reinforcement modelled as the truss spectral element was embedded in the 3D solid spectral finite element. Numerical simulations have been conducted on cuboid concrete specimens reinforced with two steel bars. Different degradation models were considered to study the real behaviour of bended beams.

3

Numerical study of the Yosida method applied to viscous incompressible internal flows with open boundary conditions

Szumbarski J.

Archives of Mechanics

|

2016

|

Vol. 68, nr 2

133--160

EN

The Yosida methods for incompressible viscous flows are investigated numerically in the aspect of local and global errors of volume conservation. Unsteady Stokes and Navier–Stokes flows past an obstacle inserted into 2D channel are used as the test cases. Open boundary conditions are imposed at the channel’s inlet and outlet. The results obtained by the Yosida-based Spectral Element Method (SEM) solvers are compared to the results obtained by the SEM solver using exact factorization of the Uzawa system. Analysis of parametric variation of the velocity divergence and the flow rate errors is presented. It is concluded that switching to higher-order Uzawa methods reduces substantially volume conservation errors and removes numerical artifacts observed at the channel’s inlet when the basic Yosida method is used.

4

Diagnostyka betonowych belek poddanych zginaniu z zastosowaniem propagacji fal sprężystych

Chróścielewski J., Rucka M., Wilde K., Witkowski W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Budownictwo i Inżynieria Środowiska

|

2012

|

z. 59, nr 3/II

349-356

PL

W artykule przedstawiono badania eksperymentalne i symulacje numeryczne propagacji fal sprężystych w belce betonowej w trakcie jej trójpunktowego zginania. W eksperymencie wykorzystano zjawisko propagacji fal generowanych wzbudnikiem piezoelektrycznym i ich pomiar za pomocą odbiornika piezoelektrycznego umieszczonego po przeciwległej stronie belki. Porównanie danych pomiarowych z wynikami symulacji numerycznych wykonano dla próbki w stanie nieuszkodzonym oraz w stanie uszkodzonym przy założeniu funkcyjnej zmiany efektywnego modułu sprężystości w strefie zarysowanej.

EN

The paper presents an experimental study and numerical simulations of guided wave propagation through a concrete beam for a purpose of ultrasonic diagnostics. An influence of material damage due to bending on propagating elastic waves amplitudes is assessed.

5

Numerical simulation of confined flows past obstacles – the comparative study of Lattice Boltzmann and Spectral Element Methods

Regulski W., Szumbarski J.

Archives of Mechanics

|

2012

|

Vol. 64, nr 4

423-456

EN

This paper concerns the Lattice Boltzmann Method (LBM) which has recently become alternative, computationally efficient tool to simulate a Newtonian fluid flow, especially in complex geometries. A series of benchmark two-dimensional simulations with the LBM are presented and analyzed in order to assess the impact of the LBM grid refinement on the results of the simulations. The considered cases include stationary and time-dependent flows past a circular or a 45-degree rotated square cylinder confined in the channel with parallel walls. Next, the same flow configurations are investigated by means of the Spectral Element Method (SEM) and obtained results are used to cross-validate both approaches. The sensitivity to the resolution of representation of the obstacle’s shape in the LBM simulations is of the main interest. Particular attention is paid also to the effects of compressibility of the flow. Additionally, for unsteady flows the transient flow characteristics are compared in detail: the velocity profiles from the LBM and SEM are presented and some non-dimensional characteristics such as Strouhal number of the compared von Karman vortex streets.

6

Damage detection of a T-shaped panel by wave propagation analysis in the plane stress

Rucka M., Witkowski W., Chróścielewski J., Wilde K.

Archives of Civil Engineering

|

2012

|

Vol. 58, nr 1

3-24

EN

A computational approach to analysis of wave propagation in plane stress problems is presented. The initial-boundary value problem is spatially approximated by the multi-node C0 displacement-based isoparametric quadrilateral finite elements. To integrate the element matrices the multi-node Gauss-Legendre-Lobatto quadrature rule is employed. The temporal discretization is carried out by the Newmark type algorithm reformulated to accommodate the structure of local element matrices. Numerical simulations are conducted for a T-shaped steel panel for different cases of initial excitation. For diagnostic purposes, the uniformly distributed loads subjected to an edge of the T-joint are found to be the most appropriate for design of ultrasonic devices for monitoring the structural element integrity.

PL

W pracy zaprezentowano podejście obliczeniowe do analizy propagacji fal w płaskim stanie naprężenia. Problem brzegowo-początkowy podlega przestrzennej aproksymacji z użyciem wielowęzłowych, izoparametrycznych, czworobocznych elementów klasy C0. Macierze elementowe są całkowane numerycznie za pomocą kwadratury Gauss-Legendre-Lobatto. Aproksymacje w dziedzinie czasu wykonano za pomocą algorytmu Newmarka. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla tarczy w kształcie litery T dla różnych przypadków wzbudzania fali. W pracy wykazano, że dla celów diagnostyki najlepszym rodzajem obciążenia jest obciążenie liniowe równomiernie przyłożone do krawędzi tarczy.

7

Simulation of wave propagation in damped composite structures with piezoelectric coupling

Schulte R. T., Fritzen C.-P.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2011

|

Vol. 49 nr 3

879-903

EN

This paper presents an efficient and accurate simulation approach to shorten time and cost of the necessary pre-tests in the design process of structural health monitoring (SHM) systems. The simulation is performed using the time domain spectral element method, which leads to an optimally concentrated mass matrix and results in a crucial reduction of complexity of the time integration algorithm. The theoretical background of the method and a spectral element for flat shells are presented. New approaches to incorporate the anisotropic material damping and an efficient coupling of piezoelectric elements within the spectral element framework are developed. Some numerical calculations are performed showing both the accuracy of this methodology, by comparing to experimental values, and the applicability to more complex structures like stiffened curved panels.

PL

W pracy przedstawiono efektywną i dokładną procedurę symulacji układów z systemem monitorowania stanu (SHM) stosowaną na wstępnym etapie projektowania takich układów i pozwalającą na redukcję czasu i kosztów niezbędnych analiz wstęp- nych. Procedurę oparto na metodzie elementów spektralnych w dziedzinie czasu, co umożliwiło uzyskanie optymalnie określonych macierzy bezwładności i przez to zdecy- dowane skrócenie czasu całkowania. Przybliżono podstawy teoretyczne metody i opisano elementy spektralne dla płaskich powłok. Przedyskutowano nową metodologię badań symulacyjnych pozwalających na wprowadzenie tłumienia anizotropowego oraz efektu sprzężenia piezoelektrycznego w ujęciu elementów spektralnych. Na kilku przykładach zaprezentowano dokładność obliczeń numerycznych poprzez porównanie ich z wynikami eksperymentu oraz wykazano ich przydatność do analizy bardziej złożonych układów, jak np. zakrzywionych paneli z lokalnymi usztywnieniami.

8

Characteristics of elastic wave propagation in thick beams - when guided waves prevail?

Peng H., Ye L., Meng G., Sun K., Li F.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2011

|

Vol. 49 nr 3

807-823

EN

Characteristics of wave propagation in thick beams are analyzed using a three-dimensional (3-D) spectral element method (SEM) for the purpose of damage detection. Analysis of wave propagation in beams of different thickness under excitations with different central frequency reveals that when the thickness of the beam is comparable to the wavelength of the elastic wave, a local wave mode, besides quasi-symmetric and quasi-anti-symmetric modes, exist simultaneously in the beam. In particular, when the wavelength is more than two times the beam thickness, the local wave modes are suppressed and the wave modes in the beam can be regarded as traditional guided waves, i.e., Lamb waves. It is demonstrated that the central frequency of wave signals can be selected according to the dimensions of the beam to obtain simple wave modes like those in thin beams. The characteristics of wave propagation in an intact beam and beams with a lateral crack are analyzed and the results are also validated by experiments, where wave propagation signals in thick steel beams are activated and captured using PZT elements.

PL

Praca przedstawia problem detekcji uszkodzeń w belkach o znacznej grubości za pomocą trójwymiarowej metody elementów spektralnych (SEM) ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyk propagacji fal w ośrodku. Analiza rozchodzenia się fal w belkach o różnej grubości poddanych wymuszeniom o różnej częstotliwości centralnej ujawniła, że gdy grubość belki jest porównywalna z długością fali sprężystej, to oprócz quasi-symetrycznych i quasi-antysymetrycznych postaci pojawia się lokalna postać własna fali. Gdy długość fali przekracza co najmniej dwukrotnie grubość belki, postacie lokalne zanikają i postacie fal mogą zostać uznane jako tradycyjne fale prowadzone, tj. fale Lamba. Pokazano, że centralna częstotliwość sygnałów falowych może zostać dobrana do konkretnych rozmiarów belki tak, aby otrzymać proste postacie własne fal przypominające kształt fal rozchodzących się w belkach cienkich. W pracy zbadano charakterystyki propagacji fal w belce nieuszkodzonej i belce z pęknięciem poprzecznym. Rezultaty tych badań zweryfikowano doświadczalnie poprzez generowanie i rejestrację sygnałów w grubych stalowych belkach aktuatorami i czujnikami piezoelektrycznymi.

9

Modelowanie propagacji fal sprężystych w tarczy typu T w kontekście możliwości diagnostycznych

Chróścielewski J., Rucka M., Wilde K., Witkowski W.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2011

|

Vol. 60, nr 1

341-349

PL

Tematem pracy są symulacje przebiegu fal sprężystych w płaskiej tarczy o kształcie przypominającym literę T. Obliczenia wykonano, stosując metodę elementów spektralnych. Porównawcze rozwiązania numeryczne wykonane zostały dla tarczy nieuszkodzonej, jak również dla tarczy z wprowadzonym uszkodzeniem. Zadaniem rejestrowanych sygnałów czasowych przyspieszeń fal sprężystych jest próba wykrycia i zlokalizowania uszkodzenia. W pracy przeprowadzono dyskusję nad możliwością detekcji uszkodzeń w rozpatrywanym typie węzła konstrukcji kratowych.

EN

A computational approach to analysis of wave propagation in plane stress problems is presented on the example of a T-panel. Numerical simulations were conducted using spectral element method, for the intact T-joint and the T-joint with damage. The accelerations time histories of elastic waves have been applied to find the locations of a defect. Finally, a possible application of the present formulation to damage detection in plane stress problems is discussed.

10

Formulation of spectral truss element for guided waves damage detection in spatial steel trusses

Chróścielewski J., Rucka M., Wilde K., Witkowski W.

Archives of Civil Engineering

|

2009

|

Vol. 55, nr 1

43-63

EN

This study presents a spectral finite element and time integration scheme for wave propagation in spatial truss structures of arbitrary geometry. The current approach does not limit the number of nodes per element. The numerical simulations have been performed for an ideal truss as well as for the truss with singularity points imposed by the additional mass. The accelerations time histories of elastic waves have been applied to find the locations of the additional masses. The detection of truss singularities based on the analysis of elastic waves is discussed.

PL

Przedstawiono sformułowanie wielowęzłowego elementu spektralnego oraz odpowiedniego schematu całkowania ukierunkowanego na problem propagacji fal w kratownicach przestrzennych o dowolnej geometrii. Zaproponowane podejście nie ogranicza liczby węzłów w elemencie kratowym. Porównawcze rozwiązania numeryczne przeprowadzono dla konstrukcji idealnej (w stanie nieuszkodzonym) oraz dla konstrukcji z miejscową nieregularnością w formie dodatkowej masy. Zadaniem odbieranych w punkcie pomiarowym sygnałów czasowych przyspieszeń fal sprężystych jest wykrycie i zlokalizowanie pozycji dodatkowej masy. W pracy przeprowadzono dyskusję nad możliwością detekcji uszkodzeń w konstrukcjach kratowych na podstawie analizy fal sprężystych.

11

Damage detection in elements of structures by the elastic wave propagation method

Ostachowicz W., Krawczuk M., Żak A., Kudela P.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2006

|

Vol. 13, No. 1

109-124

EN

This paper presents certain results of the analysis of elastic wave propagation in one-dimensional (1-D) and two-dimensional (2-D) elements of structures with damage. The problem of the elastic wave propagation has been solved by the use of the Spectral Element Method (SEM). In this approach elements of structures are modelled by a number of spectral finite elements with nodes defined at appropriate Gauss-Lobatto-Legendre points. As approximation polynomials high order orthogonal Lagrange polynomials are used. In order to calculate the elements characteristic stiffness and mass matrices the Gauss-Lobatto quadrature has been applied. In the current analysis damage in the form of crack has been considered. It has been assumed that the damage can be of an arbitrary length, depth, and location and can be simulated as a line spring of varying stiffness. Numerical calculations illustrating the phenomena of the elastic wave propagation in isotropic media have been carried out for the case of an aluminium rod and beam as well as a flat aluminium panel and plate.

12

Computations of an unsteady viscous flow in a three dimensional system of ducts. Part I: Formulation of the mathematical problem and numerical method

Szumbarski J., Olszewski P., Styczek A., Rokicki J.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2004

|

Vol. 42 nr 1

21-39

EN

Numerical modeling of an unsteady flow of a viscous incompressible fluid inside a branched pipe system is considered. The mathematical formulation is given with special emphasis on inlet/outlet conditions. The equivalent weak form of the initial-boundary value problem is presented. The numerical method based on solutions to particular Stokes problems is proposed and described in some details. Finally, some general remarks about the implementation issues within the framework of the spectral element discretization are made.

PL

W pracy rozważono problem numerycznego wyznaczania nieustalonego przepływu cieczy lepkiej w układzie trójwymiarowych przewodów. Podano sformułowanie wariacyjne zagadnienia uwzględniające uogólnione warunki brzegowe na wlotach/wylotach do obszaru ruchu. Opisano metodę obliczeniową, opartą na zastosowaniu wskaźników Lagrange'a i superpozycji szczególnych problemów Stokesa w każdym kroku czasowym.

13

Specificity of dynamic analysis of reinforced concrete foundations under turbogenerators

Ciesielski R., Wrana B.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2000

|

Vol. 38 nr 2

247-258

EN

In dynamic analysis of reinforced concrete turboset foundation updated numerical methods analysis should be used: FEM (Finite Element Method) and SEM (Spectral Element Method). This second one adopted to frame foundation analysis is presented in details. The advantage of this method for turbojet foundation dynamic analysis is proved. Numerical example of calculation is presented too.

PL

Specyfika obliczeń dynamicznych żelbetowych fundamentów pod turbozespoły. Analiza dynamiczna fundamentów pod turbozespoły wymaga, na obecnym poziomie techniki, obliczeń zaawansowanymi metodami numerycznymi. W pracy przedstawiono problem doboru modeli dynamicznych dla żelbetowych fundamentów ramowych dla metody elementów skończonych (FEM) i metody elementów spektralnych (SEM). Podano przykłady obliczeń.