برای بالا بردن دقت تحلیل دینامیکی مخازن ذخیره آب، بررسی مشخصه ها و رفتار ارتعاشی سیستم آب و سازه از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این پایان نامه به منظور بررسی رفتار ارتعاشی مخازن ذخیره آب، دو مخزن مستطیلی بتنی به صورت مخزن کامل و مخزن u شکل ساخته و برای حالت های مختلف ارتفاع آب، آزمایش مودال بر روی آن انجام شد. در بخش تحلیلی، یک برنامه از روش اجزای محدود به زبان فرترن تهیه شده و به کمک آن مخازن ساخته شده در آزمایشگاه مدل شدند و نتایج آن با پاسخ های آزمایش مقایسه و مطابقت خوبی مشاهده گردید. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی با زیاد شدن ارتفاع آب درون مخزن، مقادیر فرکانس ها کاهش داشته در صورتیکه درصد میرایی افزایش می یابد. در مورد رابطه افزایش ارتفاع آب در مخزن و کاهش فرکانس ها و افزایش میرایی در این بخش از پژوهش بحث و بررسی شده است. همچنین در تحلیل، اثر امواج سطحی بر روی نتایج وابسته به ارتعاش آزاد در حوزه فرکانس، یعنی فرکانس های طبیعی، شکل مودها و توابعِ پاسخِ فرکانسی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج تحلیل ها، در نظر گرفتن امواج سطحی منجر به پدیدار شدن تعداد زیادی فرکانس های مربوط به بخش مواج و اعمال فشارهای دینامیکی در قسمت های بالایی مخزن نسبت به حالت نبود امواج سطحی می شود. محاسبه فشار هیدرودینامیکی مهمترین مسئله در تحلیل سیستم های آب و سازه می باشد. در آیین نامه های طراحی، فشار هیدرودینامیکی آب بر روی بدنه مخزن با فرض صلب بودن دیوارها بدست می آید. در این پژوهش، به منظور در نظر گرفتن اثر انعطاف پذیری دیوارها در محاسبه فشار هیدرودینامیکی و در تحلیل دینامیکی سازه، از یک روش پیشنهادی اجزای محدود به صورت حل گام به گام در حوزه زمان استفاده شده است. پس از تحلیل تاریخچه زمانی تحت شتاب افقی زمین، پاسخ های دینامیکی شامل تغییرمکان ها، برش های پایه و فشارهای هیدرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفتند. از مقایسه پاسخ ها نتیجه گرفته می شود که استفاده از روش جرم افزوده که توسط آیین نامه ها بر پایه مدل هاسنر پیشنهاد شده است، محافظه کارانه می باشد. ارائه تحلیل های دقیق با استفاده از حل مستقیم و غیر عددی معادلات دیفرانسل حاکم بر مسئله از اهمیت زیادی برخوردار است. پاسخ بدست آمده از حل دقیق، معیار و محک مطمئنی برای سنجش دقت روش عددی مورد بررسی و یا هر روش عددی دیگر خواهد بود. همچنین آشکار است به دلیل بزرگی مجموعه و تعداد درجات آزادی فراوان موجود در روش عددی اجزای محدود، زمان لازم برای دستیابی به پاسخ عددی سیستم قابل توجه می باشد. باید دانست که در نظر گرفتن اندرکنش سازه – سیال نیز سبب افزایش زمان اجرای برنامه و کاهش کارایی آنها می گردد. بنابراین شایسته خواهد بود که با ارائه روش های کارا و موثری برای تحلیل مسئله، بتوان دقت مورد نیاز را تأمین کرد و زمان اجرای برنامه ها را کاهش داد. در همین راستا، در این پژوهش مسئله ارتعاش آزاد و اجباری سازه انعطاف پذیر و سیال تراکم پذیر در دو حالتِ بود و نبود امواج سطحی، در محیطی دوبعدی با دو شیوه دقیق و عددی حل شده است. این محیط دوبعدی، یک مخزن مستطیلی با دو دیوار انعطاف پذیر و کف صلب می باشد که سطح آن می تواند دارای امواج سطحی نیز باشد. این تحلیل ها، همگی در حوزه فرکانس، با فرض رفتار خطی به انجام می رسند که با استفاده از تبدیلات فوریه پاسخ ها را می توان به حوزه زمان نیز منتقل کرد. در پایان، نتایج حاصل از روش عددی اجزای محدود با پاسخ های دقیق مقایسه شده و دقت روش عددی مزبور مورد سنجش و ارزیابی قرار می گیرد.

در این پایان نامه پاره ای از روشهای تحلیل دینامیکی مجموعه اندرکنشی سد قوسی-مخزن-سنگ پی مورد بررسی قرار گرفته و سعی می شود که با اصلاح آنها و یا ارائه راهکارهای جدید، الگوریتم موثر و بهینه ای برای تحلیل مساله فراهم آید. آشکار است به دلیل بزرگی مجموعه و تعداد درجات آزادی فراوان موجود در هر سه بخش آن، زمان لازم برای دستیابی به پاسخ عددی سیستم، قابل توجه باشد. باید دانست در نظر گرفتن هر دو اندرکنش سازه-سیال و سازه- سنگ پی نیز سبب افزایش چشمگیر زمان اجرای برنامه ها و پایین آمدن کارایی آنها می گردد. این امر بگونه ای است که گاه هر اجرا، بالغ بر چندین ساعت به طول انجامیده و با توجه به تکرار چندین و چند باره اجراها در روند طراحی سدهای قوسی طراح را مجبور به چشم پوشی از بعضی عوامل و پذیرفتن دقت پایین تر می نماید. بنابر این شایسته است که با ارائه روشهای کارا و موثری برای تحلیل مساله بتوان دقت نسبی مورد نیاز را تامین کرد و زمان اجرای برنامه ها را کاهش داد. در همین راستا پژوهش پیش رو با پیشنهاد روشها و تکنیکهای گوناگون سعی نموده است که بدین هدف رسیده و راهکارهای موثری برای تحلیل دینامیکی سدهای بتنی ارائه کند. روش بهینه اصلاح شده برای تحلیل المان نیمه بینهایت سیال که در بالادست مخزن و برای مدلسازی اثر بیکران بودن آن بکار می رود نخستین شیوه پیشنهادی در این رساله است و زمان یافتن ماتریس امپدانس المان مزبور را به شدت کاهش می دهد. زیرا در حالت معمول برای یافتن ماتریس مورد اشاره باید مساله مقدار ویژه مختلط مربوطه را به تعداد فرکانسهای تحریک حل نمود که روندی بسیار زمانبر است. اما در روش پیشنهادی این کار تنها یکبار به انجام رسیده و با بهره جویی از روابط ارائه شده ماتریس مزبور با دقت بسیار خوبی بدست می اید. در ادامه مساله اندرکنش سد – مخزن مورد بررسی قرار گرفته و روشهای جدیدی برای تحلیل مودال آن ارائه می گردد. برای این منظور با معرفی دو سیستم ایده آل که به ترتیب شامل سازه جرمدار- سیال تراکم ناپذیر و سازه بدون جرم-سیال تراکم پذیر هستند. شکل مودهای جدیدی بدست می آیند که نسبت به شکل مودهای مجزای سازه و سیال از دقت بیشتری برخوردار می باشند.

پاسخ موقتی یک رویه ی الاستیک که روی نیم فضایی الاستیک قرار دارد و در معرض بارهای متحرک می باشد در اینجا مدنظر است. هر دو مورد پی صرفاً الاستیک؛ و نیز رویه ای الاستیک با اندازه ای محدود بر پی الاستیک درنظر گرفته می شود. روش های عددی به کار رفته عبارتند از: روش اجزای مرزی دامنه ی زمانی برای پی الاستیک یک ترکیب روش اجزای مرزی دامنه ی زمانی برای خاک و روش اجزای محدود نیمه گسسته برای رویه ی الاستیک با اندازه ی محدود. شیوه های درونیابی خطی زمان در روش اجزای مرزی لحاظ شده است. انتگرال گیری بطور تحلیلی در زمان صورت گرفته است. جواب تحلیلی یک بار منفرد متحرک بر رویه ای الاستیک نامحدود که بر بستر نیم فضای الاستیک قرار دارد در اینجا بدست آمده است و بعنوان معیاری در برابر آنچه که راه حل های عددی کنونی با آن مقایسه می گردد، به کار گرفته می شود. همچنین دقت شیوه ی عددی توسط مقایسه کردن، راه حل هایی با نتایج عددی معلوم، تأیید می گردد. مقایسه ی راه حل هایی بر اساس مدل پی وینکلر محدودیت های قابلیت چنین مدلی را مخصوصاً در موارد سرعت های بالای بارهای متحرک آشکار می سازد. این بدان دلیل است که نه اینرسی پی و نه رفتار پی بعنوان جسمی پیوسته می تواند بطور مناسب در پی وینکلر تشریح گردد. مطالعه ای پارامتری برای تأثیرات سرعت بار متحرک، توزیع بار و غیره بر پاسخ دینامیکی مجموعه ی خاک-روسازی مورد تحقیق قرار گرفته است. بعلاوه از روش محاسباتی حاضر برای مسئله ی عبور هواپیمای ترابری از یک روسازی صلب بر بستر خاک استفاده شده است. پاسخ های روسازی ها برای سرعت های مختلف عبور ارائه داده شده اند. از طرفی تحلیل دینامیکی موقتی غیرخطی یک روسازی الاستیک خطی سه بعدی که بر بستر خاک الاستوپلاستیک در معرض بار متحرک قرار گرفته، نیز ارائه گردیده است. روش اجزاء مرزی غیرخطی دامنه ی زمانی برای تحلیل خاک بستر با روش اجزای محدود برای تحلیل روسازی ترکیب شده است. روش اجزای مرزی غیرخطی براساس یک رویکرد تنش اولیه می باشد. دقت الگوریتم توسط مقایسه با راه حل های تحلیلی موجود سنجیده شده و نتایج عددی را منتشر ساخته است.