Büyük Ölçekli Zemin-yapı Etkileşimi Problemlerinin Yüksek Başarımlı Hesaplama Platformlarında Dinamik Analizi İçin Birleştirilmiş Model

Abstract

Bu çalışmanın amacı, büyük ölçekli üç boyutlu zemin-yapı etkileşimi problemlerin çözümü için kullanılan Birleştirilmiş Zemin-Yapı Etkileşimi Modellerine ait mevcut bilgisayar programlarının yüksek başarımlı hesaplama sistemlerinin gücü kullanılarak geliştirilmesidir. Burada çalışılan modele Birleştirilmiş Sonlu Elaman-Tutarlı Küçük Hücre Modeli denmektedir. Bu modelde, geliştirilmiş olan paralel program ile büyük ölçekli problemler için Tutarlı Küçük Hücre Modeli’nden elde edilmiş olan doğrusal olmayan denklem takımlarının çözümü yapılmaktadır. Modelden elde edilmiş olan sistem denklemi paralel iteratif çözüm algoritmalarıyla çözülmüştür. Bu modelin yüksek başarımlı hesaplama sistemleri için geliştirilmesinin nedeni, karmaşık geometriye sahip büyük ölçekli zemin-yapı sistemlerinin ve yakın bölge olarak adlandırılan yapı ve zemindeki doğrusal olmayan davranışın analiz edilmesidir. Bu model, Birleştirilmiş Sonlu Eleman-Sınır Eleman Modelinden ve geçirgen, dalga yansıtmayan ve sessiz sınır şartları olarak adlandırılan bazı özel sınır şartlarından daha güçlüdür. Birçok test problemi analiz edilmiş ve modelin geçerliliği gösterilmiştir. Bunlara ek olarak, geliştirilen model ile büyük ölçekli bir zemin-yapı etkileşimi problem ani yükleme durumu için çözülmüştür.

The objective of this study is to improve the existing computer programs related to Coupled Soil-Structure Interaction (SSI) Models for the analysis of 3D large-scale problems by using the power of high performance computing (HPC) platforms. The model is called Coupled Finite Element-Scaled Boundary Finite Element Model. In this model, a set of nonlinear differential equations which are obtained from the Scaled Boundary Finite Element Method for large-scale problems is solved by the developed parallel program. The system equation of the model is solved by parallel iterative solution algorithms. The improvement of this model for the parallel computation platforms is essential to solve arbitrarily shaped large-scale SSI problems and also to define the nonlinear behavior of the structure and the soil considered as a near-field. This model is more powerful than the Coupled Finite Element-Boundary Element Model, and than the special boundary conditions such as transmitting, non-reflecting and silent boundaries which are absorbing the wave energy. Several test problems are analyzed and the efficiency of the model is presented. In addition, a large scale 3D problem is analyzed under transient loads by the developed model.