شبكة لمحاكاة هندسة الزلازل

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

أنشأت المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) شبكة جورج إي. براون الابن لمحاكاة هندسة الزلازل (NEES) بهدف تحسين تصميم البنية التحتية وممارسات البناء لمنع أو تقليل الأضرار أثناء الزلازل أو التسونامي. وكان مقرها الرئيسي في جامعة بيردو في ويست لافاييت، إنديانا، بموجب اتفاقية تعاون رقم CMMI-0927178، واستمرت من عام 2009 حتى عام 2014. وتتمثل مهمة NEES في تسريع تحسينات التصميم والأداء الزلزالي من خلال العمل كمركز تعاوني للاكتشاف والابتكار.

وصف

تضم شبكة NEES أربعة عشر مختبرًا موزعة جغرافيًا ومشتركة الاستخدام، تدعم أنواعًا متعددة من الأعمال التجريبية، تشمل: أبحاث الطرد المركزي الجيوتقنية، واختبارات طاولة الاهتزاز، والاختبارات الهيكلية واسعة النطاق، وتجارب أحواض أمواج التسونامي، والأبحاث الميدانية. وتشمل الجامعات المشاركة: جامعة كورنيل ، وجامعة ليهاي ، وجامعة ولاية أوريغون ، ومعهد رينسيلار للفنون التطبيقية ، وجامعة بافالو (جامعة ولاية نيويورك) ، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وجامعة كاليفورنيا في ديفيس ، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا ، وجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين ، وجامعة مينيسوتا ، وجامعة نيفادا في رينو ، وجامعة تكساس في أوستن .

وضع توربين الرياح على طاولة NEES@UCSD.

ترتبط مواقع المعدات (المختبرات) ومستودع البيانات المركزي بمجتمع هندسة الزلازل العالمي عبر منصة NEEShub، [ 1 ] التي تعمل ببرنامج HUBzero [ 2 ] المُطور في جامعة بيردو خصيصًا لمساعدة المجتمع العلمي على تبادل الموارد والتعاون. توفر البنية التحتية الإلكترونية، المتصلة عبر الإنترنت ، أدوات محاكاة تفاعلية، ومساحة لتطوير أدوات المحاكاة، ومستودع بيانات مركزي مُنسق، وقواعد بيانات مُطورة من قِبل المستخدمين، [ 3 ] وعروض تقديمية متحركة، ودعمًا للمستخدمين، وتقنية التواجد عن بُعد، وآلية لتحميل ومشاركة الموارد، وإحصاءات حول المستخدمين وأنماط استخدامهم.

يُمكّن هذا الباحثين من: تخزين البيانات وتنظيمها ومشاركتها بشكل آمن ضمن إطار عمل موحد في موقع مركزي، ومراقبة التجارب والمشاركة فيها عن بُعد باستخدام بيانات وفيديوهات متزامنة في الوقت الفعلي، والتعاون مع الزملاء لتسهيل تخطيط التجارب البحثية وتنفيذها وتحليلها ونشرها، وإجراء عمليات محاكاة حاسوبية وهجينة تجمع نتائج تجارب موزعة متعددة، وتربط التجارب الفيزيائية بعمليات المحاكاة الحاسوبية لتمكين دراسة أداء النظام ككل. تدعم البنية التحتية الإلكترونية عمليات المحاكاة التحليلية باستخدام برنامج OpenSees . [ 4 ]

توفر هذه الموارد مجتمعة الوسائل اللازمة للتعاون والاكتشاف لتحسين التصميم الزلزالي وأداء أنظمة البنية التحتية المدنية والميكانيكية.

البنية التحتية السيبرانية

البنية التحتية السيبرانية هي بنية تحتية قائمة على شبكات الحاسوب وبرامج وأدوات ومستودعات بيانات خاصة بالتطبيقات، تدعم البحث في مجال معين. وقد صاغت المؤسسة الوطنية للعلوم مصطلح "البنية التحتية السيبرانية" .

المشاريع

يُغطي بحث NEES نطاقًا واسعًا من المواضيع، بما في ذلك أداء المباني القائمة والجديدة، وأنظمة تبديد الطاقة وعزل الأساسات، والمواد المبتكرة، [ 5 ] وأنظمة البنية التحتية الحيوية مثل خطوط الأنابيب، [ 6 ] والجسور، والأنظمة غير الإنشائية مثل الأسقف والكسوة. [ 7 ] كما يُجري الباحثون دراسات حول تقنيات معالجة التربة [ 8 ] للتربة القابلة للتسييل، ويجمعون معلومات حول آثار التسونامي وأداء المباني بعد الزلازل الأخيرة. وتدعم المواقع الميدانية المجهزة بأجهزة قياس دائمة، والتي تُشغلها NEES@UCSB، عمليات الرصد الميداني لحركات الأرض، وتشوهاتها، واستجابة ضغط المسام، وتفاعل التربة مع الأساسات والمنشآت. [ 9 ]

درس مشروع NEESwood [ 10 ] تصميم المباني الخشبية ذات الهياكل المنخفضة والمتوسطة الارتفاع في المناطق المعرضة للزلازل. واستُخدم المختبر الميداني المتنقل التابع لـ NEES@UCLA، والذي يتألف من هزازات متنقلة كبيرة وأنظمة مراقبة ميدانية قابلة للنشر، لجمع بيانات الاهتزازات القسرية والمحيطة من مبنى خرساني مسلح مكون من أربعة طوابق تضرر في زلزال نورثريدج عام 1994. [ 11 ] كما أجريت اختبارات على طاولة اهتزازية لأنظمة أنابيب مثبتة في مبنى كامل الحجم مكون من سبعة طوابق، وذلك على طاولة الاهتزاز الخارجية الكبيرة عالية الأداء في NEES@UCSD، لدراسة أساليب التصميم الزلزالي للمثبتات التي تربط العناصر غير الإنشائية. [ 12 ]

التعليم والتوعية والتدريب

يضم مختبر NEES التعاوني برامج تعليمية لتحقيق أهداف التعلم ونقل التكنولوجيا لمختلف الجهات المعنية. تشمل هذه البرامج برنامجًا بحثيًا موزّعًا جغرافيًا لطلاب البكالوريوس (REU)، [ 13 ] ومعارض متحفية، وبرنامج سفراء، ووحدات دراسية، [ 14 ] [ 15 ] وسلسلة ندوات عبر الإنترنت بعنوان "من البحث إلى التطبيق" تهدف إلى إطلاع المهندسين الممارسين على نتائج أبحاث NEES.

توفر البنية التحتية الإلكترونية المصاحبة إطارًا لمساعدة المعلمين على إثراء مناهجهم الدراسية بهذه الموارد. صُممت أكاديمية NEE [ 16 ] ، وهي بوابة ضمن NEEShub، لدعم التنظيم والتقييم والتنفيذ والنشر الفعال للخبرات التعليمية المتعلقة بعلوم وهندسة الزلازل. يُعدّ أحد مصادر المحتوى منتجات التعليم والتوعية التي طورها باحثو NEES، ولكن يمكن لأي شخص المساهمة بالموارد.

أبحاث تسييل التربة

تستضيف شبكة جورج إي. براون الابن لمحاكاة هندسة الزلازل ( NEES ) جهازَي طرد مركزي جيوتقني لدراسة سلوك التربة. يبلغ نصف قطر جهاز الطرد المركزي التابع لشبكة NEES في جامعة كاليفورنيا، ديفيس، 9.1 متر (حتى قاع الجهاز)، وكتلة الحمولة القصوى 4500  كيلوغرام، ومساحة الجهاز المتاحة 4.0 متر مربع. [ 17 ] يستطيع الجهاز توليد تسارع طرد مركزي يصل إلى 75 ضعف تسارع الجاذبية الأرضية عند نصف قطره الفعال البالغ 8.5 متر. تبلغ سعة الجهاز، محسوبةً بضرب التسارع الأقصى في الحمولة القصوى، 53 ضعف تسارع الجاذبية الأرضية × 4500  كيلوغرام = 240 ضعف تسارع الجاذبية الأرضية. أما جهاز الطرد المركزي التابع لشبكة NEES في مركز محاكاة هندسة الزلازل (CEES) في معهد رينسيلار للفنون التطبيقية، فيبلغ نصف قطره الاسمي 2.7 متر، وهو المسافة بين مركز الحمولة ومحور الجهاز. تبلغ المساحة المتاحة للحمولة عمق 1000  مم، وعرض 1000  مم، وارتفاع 800  مم، وأقصى ارتفاع 1200  مم. ويبلغ نطاق الأداء 160 غرامًا، و1.5 طن، و150 غرامًا-طنًا (ناتج ضرب وزن الحمولة في تسارع الجاذبية الأرضية). [ 18 ]

مراجع

  1. ^ هاكر، تي جيه. إيجنمان، ر.؛ باجي، س. عرفان أوغلو، أ؛ بوجول، س. كاتلين، أ.؛ راثجي، إي. (2011). “البنية التحتية السيبرانية NEEShub لهندسة الزلازل”. الحوسبة في العلوم والهندسة . 13 (4): 67– 78. بيب كود : 2011CSE....13d..67H . دوى : 10.1109/MCSE.2011.70 . S2CID 22196398 . 
  2. ↑ ماكلينان، م.؛ كينيل، ر. (2010). "HUBzero: منصة للنشر والتعاون في علوم وهندسة الحوسبة". الحوسبة في العلوم والهندسة . 12 (2): 48-52 . Bibcode : 2010CSE....12b..48M . doi : 10.1109/MCSE.2010.41 . S2CID 8352425 . 
  3. ↑ براونينغ، ج.، بوجول، س.، إيغينمان، ر.، وراميريز، ج. (2013). قواعد بيانات NEEShub - الوصول السريع إلى بيانات الخرسانة، مجلة Concrete International ، معهد الخرسانة الأمريكي، 35(4)، ص 55-60
  4. ↑ ماكينا، ف. (2011). "OpenSees: إطار عمل لمحاكاة هندسة الزلازل". الحوسبة في العلوم والهندسة . 13 (4): 58-66 . Bibcode : 2011CSE....13d..58M . doi : 10.1109/MCSE.2011.66 . S2CID 15265104 . 
  5. ↑ نوغيز، سي.؛ سعيدي، م. (2012). "دراسات طاولة الاهتزاز لنموذج جسر رباعي الفتحات باستخدام مواد متطورة". مجلة الهندسة الإنشائية 138 (2): 183-192 . doi : 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000457 .
  6. ↑ زاغي، أ.إ.؛ ماراغاكيس، إ.م.؛ إيتاني، أ.؛ غودوين، أ.إ. (2012). "دراسات تجريبية وتحليلية لمجموعات أنابيب المستشفيات المعرضة لأحمال زلزالية". مجلة أطياف الزلازل . 28 (1): 367-384 . رمز Bibcode : 2012EarSp..28..367Z . doi : 10.1193/1.3672911 . S2CID 109922292 . 
  7. ↑ هاتشينسون، تي سي؛ ناستاس، دي؛ كويستر، إف؛ دوير، ك. (2010). "دراسات اهتزازية للمكونات والأنظمة غير الإنشائية داخل مبنى كامل الحجم". أطياف الزلازل . 26 (2): 327-347 . Bibcode : 2010EarSp..26..327H . doi : 10.1193/1.3372168 . S2CID 111234460 . 
  8. ↑ هاول، ر.؛ راثجي، إ.؛ كاماي، ر.؛ بولانجر، ر. (2012). "نمذجة الطرد المركزي للمصارف الرأسية الجاهزة لمعالجة التسييل". مجلة الهندسة الجيوتقنية والبيئية. 138 ( 3): 262-271 . doi : 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000604 .
  9. ↑ ستيدل، ج.، نيغبور، ر. ل.، ويود ، ت. ل. (2008). ملاحظات حول سلوك التربة في الموقع وتفاعل التربة مع الأساسات والبنية التحتية في مواقع جورج إي. براون الابن الميدانية المجهزة بأجهزة قياس دائمة، شبكة محاكاة هندسة الزلازل (NEES)، المؤتمر العالمي الرابع عشر لهندسة الزلازل ، بكين، http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/14_S16-01-014.PDF
  10. ↑ NSF ، الوقوف بقوة، اختبار NEESwood Capstone لعام 2009، https://www.nsf.gov/news/newsmedia/neeswood/ .
  11. ↑ يو، إي.؛ سكولنيك، د.؛ وانغ، د.هـ.؛ والاس، ج.و. (2008). "اختبار الاهتزاز القسري لمبنى خرساني مسلح من أربعة طوابق باستخدام مختبر nees@UCLA الميداني المتنقل" . مجلة Earthquake Spectra . 24 (4): 969–995 . Bibcode : 2008EarSp..24..969Y . doi : 10.1193/1.2991300 . S2CID 55020022 . 
  12. ↑ هوهلر، إم إس؛ بانايوتو، إم؛ ريستريبو، جي آي؛ سيلفا، جي إف؛ فلورياني، إل؛ بورغوند، يو؛ غاسنر، إتش. (2009). "أداء الأنابيب المعلقة ومثبتاتها أثناء اختبار طاولة الاهتزاز لمبنى من سبعة طوابق". مجلة Earthquake Spectra . 25 (1): 71–91 . Bibcode : 2009EarSp..25...71H . doi : 10.1193/1.3046286 . S2CID 109334926 . 
  13. ↑ أناغنوس، تي.، ليمان-هولت، أ.، وبروفي، س. (2012). قيد التطوير: ربط برنامج بحثي جامعي موزع جغرافيًا بأدوات التواصل والتعاون، المؤتمر السنوي 119 لجمعية التعليم الهندسي الأمريكية ، سان أنطونيو، تكساس. http://www.asee.org/public/conferences/8/papers/5585/view
  14. ↑ دويل، ك.، فان دين إيندي، ل.، فرينش، س. و.، تريمين، هـ. أ.، وبروفي، س. ب. (2013). أدوات عملية تجريبية لتقديم مفاهيم الرياضيات والعلوم والهندسة لطلاب المراحل الدراسية من الروضة وحتى الصف الثاني عشر (من البحث إلى التطبيق)، المؤتمر والمعرض الـ 120 لجمعية التعليم الهندسي الأمريكية ، أتلانتا، جورجيا، http://www.asee.org/public/conferences/20/papers/7191/view
  15. ↑ ليمان-هولت، أ. ل. وروبيشو، ل. س. (2013). أمواج الهندسة: استخدام قناة أمواج مصغرة لتعزيز الثقافة الهندسية، المؤتمر والمعرض الـ 120 لجمعية التعليم الهندسي الأمريكية ، أتلانتا، جورجيا، http://www.asee.org/public/conferences/20/papers/6680/view
  16. ↑ بروفي، س.، لامبرت، ج.، وأناغنوس، ت. (أكتوبر 2011). عمل قيد الإنجاز - أكاديمية NEESacademy كتجربة تعليمية إلكترونية لتعليم هندسة وعلوم الزلازل من الروضة وحتى الصف الثاني عشر. في مؤتمر آفاق التعليم (FIE) ، 2011 (ص. T1D-1). IEEE. doi : 10.1109/FIE.2011.6143105
  17. ↑ مركز نمذجة الهندسة الجيوتقنية التابع لكلية الهندسة الكهربائية وهندسة النظم بجامعة كاليفورنيا في ديفيس http://nees.ucdavis.edu/centrifuge.php
  18. ↑ مركز محاكاة هندسة الزلازل https://www.nees.rpi.edu/equipment/centrifuge/