|
پایان نامه تخمین آبشستگی در پائین دست جت ریزشی با استفاده از شبکه عصبی
پایان نامه تخمین آبشستگی در پائین دست جت ریزشی با استفاده از شبکه عصبی
|
|
| دسته بندی | عمران |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 11893 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 159 |
پایان نامه تخمین آبشستگی در پائین دست جت ریزشی با استفاده از شبکه عصبی
چکیده
جت های ریزشی در اثر عبور آب روی سازه های هیدرولیکی (سازه هایی چون سرریز وکالورت ) بوجود می آیند. محل برخورد جت با بستر به یک کاهنده انرژی جریان تبدیل شده و حفره آبشستگی شکل می گیرد. این پدیده باعث ناپایداری کل یا قسمتی از سازه می شود. فرآیند آبشستگی در خروجی کالورت به عوامل متعددی چون جنس خاک، دبی، شعاع هیدرولیکی، ارتفاع ریزش، عمق پایاب، شیب کالورت و مهمتر از همه زمان وابسته است. از این رو سعی شد از رابطه ای استفاده شود که اثر توأم پارامترهای فوق را نشان دهد.
هر چند تحقیقات بسیاری در خصوص نقش پارامتر زمان در فرایند تشکیل حفره آبشستگی صورت گرفته، ولی در خصوص چگونگی تأثیر آن و اینکه تا چه حد در این فرایند مؤثر است، تا کنون نتایج قابل توجهی حاصل نشده است. در این تحقیق پارامترهای موثر بر ابعاد حفره آبشستگی در دو بخش کلی بررسی شده و جهت برآورد شبکه عصبی مناسبی برای ایجاد رابطه غیر خطی که ابعاد آبشستگی را بر اساس پارامترهای مختلف هیدرولیکی ارائه شده است. برای ایجاد رابطه مناسب و طراحی شبکه عصبی از روش FF با الگوریتم آموزش BP استفاده شده است. بخش اول ، پارامترها به صورت بعد دار و بی بعد در شبکه عصبی در محیط MATLAB مدل شده است. در حالت بی بعد روابط ارائه شده توسط شبکه عصبی با روابط مدل رگرسیونی بدست آمده، مقایسه گردید. در بخش بعدی روابط در دو حالت خاص (پارامترهای رابطه DOT و رابطه اصلاحیDOT توسط مهدوی زاده ) ارئه گردید.
مقدمه
آبشستگی هرچند سابقه طولانی در علم هیدرولیک دارد ولی به علت دامنه وسیع متغیرها و گستردگی پارامتر های موثر بر آن و شرایط گوناگون که در این پدیده وجود دارد ، تا کنون رابطه دقیقی که بتواند تخمین مناسبی از ابعاد حفره آبشستگی بدهد در دسترس نمی باشد ومطالعه در این مورد همچنان مورد توجه محققین این علم است.
پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی پائین دست سازه های کنترل یکی از مهمترین و مشکل ترین مراحل در طراحی فونداسیون این سازه ها است. طراحی بایستی با توجه به ابعاد حفره ایجاد شده بصورتی باشد که احتمال شکست و واژگونی سازه حداقل گردد.
فصل اول :
این فصل شامل مقدمه و هدف از تحقیق حاضر می باشد و اطلاعات کلی را در مورد پایان نامه بیان می کند.
فصل دوم:
این فصل مروری بر مطالعات انجام شده می باشد که به بررسی پارامترهای مؤثر در فرآیند تشکیل حفره آبشستگی در پائین دست جت ریزشی بر اساس تحقیقات انجام شده پرداخته شده است.
فصل سوم:
در این فصل مبانی اساسی شبکه عصبی بیان شده و به نحـوه مـدل کـردن شـبکه عصـبی در محـیطMATLAB پرداخته شده است.
فصل چهارم:
در این فصل به نحوه مطالعات آزمایشگاهی که اطلاعات آن مورد استفاده قرار گرفته پرداختـه شـده وهمچنین فرمولهای تجربی و تحقیقات آزمایشگاهی که در این تحقیق اسـتفاده شـده ، ارائـه گردیـده است.
فصل پنجم :
در این فصل به بررسی شبکه عصبی مصنوعی و کابرد آن در پیش بینی حفره آبشستگی ناشی از جت های ریزشی و تجزیه و تحلیل نتایج ناشی از آن پرداخته شده و همچنین روابط بدست آمده از شـبکهعصبی ارئه گردیده است.
فصل ششم :
در این فصل به اختصار نتایج نهایی حاصل از انجـام ایـن تحقیـق مطالعـه انجـام شـده بیـان شـد ه و پیشنهاداتی در این زمینه در جهت ادامه کار ارائه شده است.
قسمتی از متن
دیاگرام شیلدز :
شیلدز اولین کسی بود که مطالعات بنیادی برای یافتن رابطه ای در آسـتانه حرکـت ذرات انجـام داد.
وی با نموداری که ارائه داد ابزاری جهت استفاده طراحان فراهم آورد تا نسبت به پایدرای کانالهـای خاکی و رودخانه ای اظهار نظر نمایند.
دیاگرام گسلر
مطالعات گسلر در رابطه با شروع حرکت ذره نشان داد که خط نشان دهنده آستانه حرکت در دیاگرام شیلدز بخصوص برای حالت جریان کاملا متلاطم و بستر زبر باید مقداری اصلاح گردد.
تئوری وایت
وایت تنها نیرویی را که باعث غلتیدن ذره می شود، نیروی رانش و نیروی مقاوم در مقابـل حرکـت رانیروی وزن اشباع ذره فرض کرد.
روش کالینسکی
نکته مهی که کالینسکی ابراز داشته، این است کـه در نزیکـی ذره، تـنش برشـی متناسـب اسـت بـامجذور سرعت در نزدیکی ذره است.
فهرست مطالب
چکیده ................................................................................................................................................................................. 1
مقدمه .................................................................................................................................................................................. 2
فصل اول : تعریف مسئله و هدف از انجام پایان نامه
1- 1- فرسایش و مفهوم آستانه حرکت .............................................................................................................................. 4
1- 2- فرآیندهای آبشستگی ................................................................................................................................................ 6
1- 2- 1- آبشستگی در جلوی اپی ها .................................................................................................................................. 6
1- 2- 2- آبشستگی در خروجی کالورت ها ....................................................................................................................... 7
1- 2- 3- آبشستگی در پائین دست سازه های هیدرولیکی کوتاه ..................................................................................... 7
1- 3- جت ها و سرریزهای نوع سقوط آزاد ......................................................................................................................... 7
1- 4- اهمیت آبشستگی در جت ریزشی ............................................................................................................................ 9
1- 5- اهداف تحقیق حاضر .............................................................................................................................................. 10
فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده
مقدمه ............................................................................................................................................................................... 11
2- 1- نتایج محققین قبلی ............................................................................................................................................... 11
2- 1- 1- تاثیر عمق پایاب ................................................................................................................................................ 14
2- 1- 2- تاثیر قطر ذره رسوب( d50)ودانه بندی آن .................................................................................................... 17
2- 1- 3 تاثیر نوع خاک ..................................................................................................................................................... 18
2- 1- 4- تأثیر دبی یا سرعت جریان جت خروجی ......................................................................................................... 20
2- 1- 5 تاثیر ارتفاع ریزش ............................................................................................................................................... 24
2- 1- 6 تاثیر زاویه جت ................................................................................................................................................... 30
2- 1- 7 تاثیر اختلاف چگالی ........................................................................................................................................... 32
2- 1- 8- تاثیر ابعاد و شکل جت ...................................................................................................................................... 32
2- 1- 9- تأثیر شیب کالورت ............................................................................................................................................ 37
2- 1- 10 تاثیر هوای ورودی به جت در میزان آبشستگی ................................................................................................ 38
2- 1- 11- تا ثیر زمان بر میزان آبشستگی ...................................................................................................................... 39
2 2 تخمین آبشستگی بوسیله شبکه عصبی مصنوعی .................................................................................................41
2 3 جمع بندی ............................................................................................................................................................. 45
فصل سوم : شبکه های عصبی مصنوعی و مبانی آن
مقدمه..............................................................................................................................................................................................46
3- 1- شبکه های عصبی مصنوعی ....................................................................................................................................46
3- 1- 1- مزایا و محدودیت های شبکه های عصبی......................................................................................................... 47
3- 1- 2- مغز انسان ......................................................................................................................................................... 50
3- 1- 3- هوش مصنوعی وشبکه های عصبی ................................................................................................................... 51
3- 1- 4- اجزای یک شبکة عصبی ..................................................................................................................................... 52
3- 1- 4- 1- ورودی ها ....................................................................................................................................................... 52
3- 1- 4- 2- بردار وزن ....................................................................................................................................................... 53
3- 1- 4- 3- تابع جمع ...................................................................................................................................................... 53
3- 1- 4- 4- تابع تبدیل یا تحریک .................................................................................................................................... 53
3- 1- 4- 5- خروجی ......................................................................................................................................................... 55
3- 1- 5- معماری های شبکه ............................................................................................................................................56
3- 1- 6- فرآیند یادگیری .............................................................................................................................................60
3- 2- وارد کردن ورودی ها در محیط MATLAB ......................................................................................................63
3- 3- مدیریت داده ها و شبکه عصبی مورد نظر ............................................................................................................63
3- 4- ساختن شبکه جدید ...............................................................................................................................................64
3- 4- 1 مشخص کردن نوع شبکه .....................................................................................................................................64
3- 4- 2- مشخص کردن تابع آموزش ................................................................................................................................ 66
3- 4- 3- مشخص کردن تابع یاد گیری ............................................................................................................................68
3- 4- 4- مشخص کردن تابع اجرا .....................................................................................................................................68
3- 4- 5- مشخص کردن تعداد لایه ها ..............................................................................................................................69
3- 4- 6- مشخص کردن تعداد نرونها ................................................................................................................................69
3- 4- 7- مشخص کردن توابع انتقال ................................................................................................................................69
3 5 مقدار دهی اولیه توسط شبکه (Initializing Weight) ..................................................................................71
3 6 شبیه سازی توسط شبکه (Simulate (Sim)) ................................................................................................. 71
3 7 آموزش شبکه ......................................................................................................................................................... 72
3 8 به روز کردن اطلاعات ............................................................................................................................................ 73
3 9 بدست آوردن وزنها و بیاسهای جدید .................................................................................................................... 74
فصل چهارم : شرح مدلهای مورد بررسی
مقدمه ................................................................................................................................................................................ 75
4- 1- مدل اول (پارامترهای بعددار) ................................................................................................................................. 75
4- 2- مدل دوم (پارامترهای بی بعد) .............................................................................................................................. 76
4- 3- مدل سوم (پارامترهای معادله DOT) ................................................................................................................... 76
4- 3- 1- هندسه حفره آبشستگی .................................................................................................................................... 78
4- 3- 2- زمان آبشستگی ................................................................................................................................................... 78
4- 3- 3- دیواره های اطراف ......................................................................................................... 79
4- 3- 4- ارتفاع سقوط ....................................................................................................................................................... 79
4- 3- 5- شیب ................................................................................................................................................................... 79
4- 4- مدل چهارم (معادله DOT که توسط مهدوی زاده ضرائب آن اصلاح شده) ....................................................... 80
4- 4- 1- تجهیزات و مشخصات مدل آزمایشگاهی ........................................................................................................... 81
4- 4- 2- مشخصات تجهیزات آزمایشگاهی ....................................................................................................................... 81
4- 4- 2- 1- فلوم ............................................................................................................................................................... 81
4- 4- 2- 2- کالورتهای خروجی ......................................................................................................................................... 81
4- 4- 2- 3- روش اندازه گیری دبی در مقاطع مورد نظر ................................................................................................. 82
4- 4- 2- 4- دستگاه ژرفا سنج نقطه ای ........................................................................................................................... 82
4- 4- 2- 5- تعیین مدت زمان آزمایش ............................................................................................................................ 82
4- 4- 2- 6- مصالح مورد استفاده در آزمایش .................................................................................................................. 83
4- 4- 3- شرایط هیدرولیکی جریان .................................................................................................................................. 83
فصل پنجم : مقایسه مدلهای مورد بررسی و ارائه روابط
مقدمه ................................................................................................................................................................................ 86 و
5 1 مراحل تعیین شبکه بهینه جهت مدل کردن .........................................................................................................86
5 2 پردازش اولیه داده ها ............................................................................................................................................... 87
5 3 مشخصات شبکه ...................................................................................................................................................... 88
5 4 شاخص های صحت سنجی .................................................................................................................................... 88
5 5 تعداد نرونها لایه پنهان ........................................................................................................................................... 89
5- 6- مدل اول (پارامترهای بعد دار ) ............................................................................................................................... 91
5- 6- 1- ورودی های مسئله و محدوده داده ها ............................................................................................................... 91
5- 6- 1- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی ...................................................................................................... 91
5- 6- 1- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ..................................................................................................... 93
5- 6- 1- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی.................................................................................................... 95
5- 7- مدل دوم (پارامترهای بی بعد) ............................................................................................................................... 97
5- 7- 1- ورودی های مسئله و محدوده داده ها با د رنظر گرفتن کل پارامترهای آنالیز شده ......................................... 97
5- 7- 1- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی ...................................................................................................... 98
5- 7- 1- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ...................................................................................................... 99
5- 7-1- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ................................................................................................. 101
5- 7- 2- ورودی های مسئله و محدوده داده ها با د رنظر گرفتن دبی و شعاع هیدرولیکی و زمان .............................. 102
5- 7- 2- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی ................................................................................................... 103
5- 7- 2- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ................................................................................................... 103
5- 7- 2- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ................................................................................................. 104
5- 7- 3- ورودی های مسئله و محدوده داده ها با د رنظر گرفتن دبی، شعاع هیدرولیکی، ارتفاع ریزش و عمق پایاب105
5- 7- 3- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی ................................................................................................... 105
5- 7- 3- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی .................................................................................................... 106
5- 7- 3- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ................................................................................................. 107
5- 7- 4- مدل رگرسیونی ............................................................................................................................................... 108
5- 8- مدل سوم (پارامترهای رابطه DOT) .................................................................................................................. 109
5- 8- 1- ورودی های مسئله و محدوده داده ها با د رنظر گرفتن کل پارامترهای آنالیز شده ..................................... 109
5 8 2- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی .......................................................................................................110
5 8 3- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ....................................................................................................... 111
5 8 4- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ...................................................................................................... 113
5 9 مدل چهارم (پارامترهای اصلاح شده رابطه DOT توسط مهدوی زاده) .......................................................... 115
5 9 1- ورودی های مسئله و محدوده داده ها با د رنظر گرفتن کل پارامترهای آنالیز شده ...................................... 115
5- 9- 1- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی .................................................................................................... 116
5- 9- 1- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ................................................................................................... 118
5- 9- 1- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ................................................................................................. 120
فصل ششم : نتایج و پیشنهادات
مقدمه ............................................................................................................................................................................. 122
6- 1 نتایج ....................................................................................................................................................................... 122
6- 1- 1- ارائه رابطه جهت تخمین عمق آبشستگی ........................................................................................................ 126
6- 1- 2- ارائه رابطه جهت تخمین طول آبشستگی ....................................................................................................... 127
6- 1- 3- ارائه رابطه جهت تخمین عرض آبشستگی ...................................................................................................... 128
6- 2- پیشنهادات ............................................................................................................................................................ 129
منابع و ماخذ :
فهرست منابع فارسی ...................................................................................................................................................... 130
فهرست منابع لاتین ....................................................................................................................................................... 131
چکیده انگلیسی .............................................................................................................................................................. 135
