UM FGPA meni

Katedra za gradbeno mehaniko

Katedra za gradbeno mehaniko (KGM) deluje v sklopu Fakultete za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo Univerze v Mariboru.

Predstavitev

Področje delovanja

Katedra za gradbeno mehaniko usklajuje izobraževalno dejavnost na področjih gradbene mehanike, dinamike in stabilnosti konstrukcij, potresnega inženirstva, metode končnih elementov in računalništva ter s temi področji povezano znanstvenoraziskovalno dejavnost. Razvija pa tudi ustrezne pripadajoče znanstvene discipline in skrbi za razvoj stroke in prenos spoznanj v prakso, ob prizadevanjih, da bi bila ta sproti vključena tudi v pedagoški proces.
Znanja, ki jih študent pridobi na predavanjih, laboratorijskih in računalniških vajah in med izdelavo izbranega diplomskega dela, obsegajo:

  • teoretično mehaniko z osnovami eksperimentalne mehanike,
  • teoretično in eksperimentalno dinamiko,
  • analizo statično in dinamično obremenjenih konstrukcij,
  • potresno inženirstvo in
  • dinamiko in stabilnost konstrukcij.

V okviru podiplomskega izobraževalnega programa Gradbeništvo Katedra za gradbeno mehaniko vodi in usklajuje izvajanje podiplomske študijske izbirne skupine Mehanika in konstrukcije.

Predstojnik katedre

izr. prof. dr. Matjaž Skrinar, univ. dipl. inž. grad.

Član katedre

doc. dr. Iztok Peruš, univ. dipl. inž. grad.

 

Član katedre

doc. dr. Mojmir Uranjek, univ. dipl. inž. grad.

 

Član katedre

asist. mag. Denis Imamović, univ. dipl. inž. grad.

 

Pedagoška dejavnost

Predmeti
Obvezni predmeti: Dinamika gradbenih konstrukcij, Stabilnost konstrukcij, Mehanika deformabilnih teles, Mehanika linijskih konstrukcij, Metoda končnih elementov, Mehanika ploskovnih konstrukcij, Osnove tehniške mehanike, Tehniška mehanika, Gradbena mehanika I,II in III, Potresno inženirstvo.

Raziskovalna raziskovalna dejavnost

Znanstveno-raziskovalno delo
Kratek opis dejavnosti znanstvenoraziskovalnega dela katedre

Težišče raziskav na katedri za gradbeno mehaniko je osredotočeno na problematiko identifikacije mehanskih lastnosti gradbenih konstrukcij preko njihovega dinamičnega odziva: a) z meritvami spektra lastnih frekvenc in pripadajočih lastnih vektorjev pri diskretnih sistemih in b) z meritvami hitrosti valovanja in frekvenco pri zveznih sistemih. Gre torej za identifikacijo čim večjega števila parametrov nepoškodovane konstrukcije, ki tvorijo izhodišče za kasnejšo zaznavanje prisotnosti in posledično iskanje lokacije in resnosti poškodb zgolj na osnovi meritev dinamičnega odziva preiskovanega sistema. Raziskave so v primerih diskretnih sistemov osredotočene na proučevanje najmanjšega, toda zadostnega, števila podatkov, ki tovrstno identifikacijo (torej inverzni problem) omogoča na čim bolj stabilen in enolični način. Na osnovi meritev osnovne in prvih nižje harmonskih lastnih frekvenc enostavnih linijskih konstrukcij z enakomernim prečnim prerezom, t.j. identifikacija upogibne togosti in mase na enoto dolžine konstrukcije, in verifikacije rezultatov z računskim modelom se je pokazalo, da bi meritve lastnih vektorjev omogočile vpogled o vzroku sprememb, n.pr. zaradi pojava razpoke v konstrukciji ali pa nenadne spremembe mase na nekem njenem delu. V ta namen je vpeljan nov računski model za modeliranje prečnih pomikov natezno obremenjenih nosilcev z enostransko razpoko, V poslednjem obdobju so raziskave inverznega problema razširjene na okvirne konstrukcije kjer je potrebno poleg prečnega nihanja konstrukcije upoštevati tudi njeno osno gibanje kar zahteva ustrezno reinterpretacijo upogibne togosti razpoke z upoštevanjem upogibne deformacije in osne togosti konstrukcije.

Teoretične raziskave zajemajo elastodinamično analizo mehansko struktuiranega polprostora, kjer sodelavci rešujejo problem »transparentnega robu« z namenom, da se poišče takšne transformacije s katerimi je mogoče prevesti polprostor na območje končnih dimenzij, ki dovoljujejo modeliranje z metodo končnih elementov. Alternativna pot raziskav je iskanje izrazov za Greenovo funkcijo katerih integrali posedujejo končne meje. To namreč omogoča hitro in dovolj natančno numerično evalvacijo izrazov, ki podajajo elastodinamično vedenje tako mehansko strukturiranega polprostora.

Bibliografija

ČLANKI IN DRUGI SESTAVNI DELI

  1. SKRINAR, Matjaž. Direct analytical solutions for uniaxial bending design of reinforced concrete T cross sections according to the Eurocode 2 Standard.Journal of the mechanical behaviour of materials, ISSN 0334-8938, 2009, vol. 19, no. 4, str. 259-267. 
  2. SKRINAR, Matjaž. On the application of a simple computational model for slender transversely cracked beams in buckling problems. Comput. mater. sci. [Print ed.], Mar. 2007, vol. 39, iss. 1, str. 242–249.http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2006.01.029.

JCR IF (2006): 1.104, SE (79/175), materials science, multidisciplinary, x: 1.659.

  1. SKRINAR, Matjaž, PLIBERŠEK, Tomaž. New finite element for transversely cracked slender beams subjected to transverse loads. Comput. mater. sci. [Print ed.], Mar. 2007, vol. 39, iss. 1, str. 250–260.http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci.2006.01.030.

JCR IF (2006): 1.104, SE (79/175), materials science, multidisciplinary, x: 1.659.

  1. SKRINAR, Matjaž. Improved beam finite element for the stability analysis of slender transversely cracked beam-columns. V: CAILLETAUD, Georges (ur.).Proceedings of the 17th international workshop on computational mechanics of materials : IWCMM-17 : Paris, France, 22-24 August 2007, (Computational materials science, ISSN 0927-0256, Vol. 43, Issue 3, 2009). Amsterdam: Elsevier, 2009, issue 3, vol. 45, str. 663-668.
  2. SKRINAR, Matjaž, LUTAR, Boris. Analysis of cracked slender-beams on Winkler’s foundation using a simplified computational model.Acta geotechnica Slovenica, ISSN 1854-0171, 2011, vol. 8, [no.] 2, str. 5-17.
  1. SKRINAR, Matjaž, PLIBERŠEK, Tomaž. On the derivation of symbolic form of stiffness matrix and load vector of a beam with an arbitrary number of transverse cracks. V: 20th International Workshop on Computational Mechanics of Materials, IWCMM 20, Loughborough University, 8-10 September, 2010. SILBERSCHMIDT, Vadim V. (ur.).IWCMM 2010, (Computational materials science, ISSN 0927-0256, Vol. 52, issue 1, Feb. 2012). Amsterdam: Elsevier, 2012, vol. 52, iss. 1, str. 253-260.7. SKRINAR, Matjaž, LUTAR, Boris. A three-node beam finite element for transversely cracked slender beams on Winkler’s foundation. V: 21th International Workshop on Computational Mechanics of Materials, IWCMM 22, August 22-24, 2011 at the University of Limerick, Ireland. O’DOWD, Noel (ur.). IWCMM 21) (Computational materials science, ISSN 0927-0256, Vol. 64, Nov. 2012). Amsterdam: Elsevier, 2012, vol. 64, str. 260-264

    8. SKRINAR, Matjaž. Computational analysis of multi-stepped beams and beams with linearly-varying heights implementing closed-form finite element formulation for multi-cracked beam elements. International journal of solids and structures, ISSN 0020-7683. [Print ed.], July 2013, vol. 50, iss. 14/15, str. 2527-2541, graf. prikazi

  1. URANJEK, Mojmir, ŽARNIĆ, Roko, BOKAN-BOSILJKOV, Violeta, BOSILJKOV, Vlatko. Seizmička otpornost zidanih kamenih građevina i utjecaj injektiranja = Seismic resistance of stone masonry building and effect of grouting.Građevinar, ISSN 0350-2465, 2014, letn. 66, št. 8, str. 715-726, ilustr., doi: 10.14256/JCE.1031.2014.
  2. URANJEK, Mojmir, BOSILJKOV, Vlatko, ŽARNIĆ, Roko, BOKAN-BOSILJKOV, Violeta. In situ tests and seismic assessment of a stone-masonry building.Materials and structures, ISSN 1359-5997, 2012, letn. 45, št. 6, str. 861-879, ilustr., doi: 10.1617/s11527-011-9804-z.
  3. URANJEK, Mojmir, DOLINŠEK, Blaž, GOSTIČ, Samo. Seismic strengthening of churches as a part of earthquake renewal in the Posočje region, Slovenia. V: BREBBIA, Carlos Alberto (ur.), MAUGERI, Michele (ur.).Eres VIII, (WIT Transactions on the built environment, 120). Southampton: WIT Press, 2011, str. 237-248, ilustr. http://public.eblib.com/EBLPublic/PublicView.do?ptiID=769070.
  4. URANJEK, Mojmir. Izvedbeni elaborati statične sanacije za objekte v Zelenem gaju in v Gabrovem naselju v Divači. Ljubljana: Gradbeni inštitut ZRMK, 2012. 11 map.(loč. pag.), ilustr.
  5. URANJEK, Mojmir, KUŠAR, Matej. Poročilo o opravljenem pregledu nosilne konstrukcije objekta Dvorec Drnča, s strokovnim mnenjem o stanju in varnosti objekta, statično analizo stropnih konstrukcij, ter idejnimi smernicami za izvedbo sanacijsko-ojačitvenih del. Ljubljana: Gradbeni inštitut ZRMK, 2007. 13 str., pril., ilustr.
  1. PERUŠ, Iztok, FAJFAR, Peter. Prediction of site factors by a non-parametric approach.Earthquake engineering & structural dynamics, ISSN 0098-8847. [Print ed.], [v tisku] 2014, letn. XX, št. X, str. 1-19, ilustr., doi: 10.1002/eqe.2421. [COBISS.SI-ID 6536289], [JCRSNIP]
  2. TERČELJ, Milan, PERUŠ, Iztok, KUGLER, Goran. Wear progress of nitrided layer at low, medium and high contact pressures during a laboratory simulation of aluminium hot extrusion.Tribology letters, ISSN 1023-8883, 2014, 13 str., ilustr., doi: 10.1007/s11249-014-0333-0. [COBISS.SI-ID 1452895], [JCRSNIP]
  3. TERČELJ, Milan, FAZARINC, Matevž, KUGLER, Goran, PERUŠ, Iztok. Influence of the chemical composition and process parameters on the mechanical properties of an extruded aluminium alloy for highly loaded structural parts.Construction & building materials, ISSN 0950-0618. [Print ed.], July 2013, vol. 44, str. 781-791. [COBISS.SI-ID 1059934], [JCRSNIP]
  1. BOMBAČ, David, TERČELJ, Milan, PERUŠ, Iztok, FAJFAR, Peter. The progress of degradation on the bearing surfaces of nitrided dies for aluminium hot extrusion with two different relative lengths of bearing surface.Wear, ISSN 0043-1648. [Print ed.], 2013, vol. 307, iss. 1-2, str. 10-21, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2013.08.015. [COBISS.SI-ID 1072222], [JCRSNIP]
  2. PERUŠ, Iztok, KLINC, Robert, DOLENC, Matevž, DOLŠEK, Matjaž, et al. A web-based methodology for the prediction of approximate IDA curves.Earthquake engineering & structural dynamics, ISSN 0098-8847. [Print ed.], 2012, letn. 41, št. , str. 1-18, ilustr., doi: 10.1002/eqe.2192. [COBISS.SI-ID 5784929], [JCRSNIP]
  3. PERUŠ, Iztok, TERČELJ, Milan, KUGLER, Goran. Determination of scrap/supply probability curves for the mechanical properties of aluminium alloys in hot extrusion using a neural network-like approach.Expert systems with applications, ISSN 0957-4174. [Print ed.], 2012, vol. 39, no. 5, str. 5634-5640.http://dx.doi.org/10.1016/j.eswa.2011.11.054, doi: 10.1016/j.eswa.2011.11.054. [COBISS.SI-ID 1168223], [JCR,SNIP]

TEMELJNI PROJEKT – Identifikacija konstrukcij, tal in defektov

J2-6020 (B) Identifikacija konstrukcij, tal in defektov
Vodja: Skrinar Matjaž
Trajanje: 1. 7. 2004 – 30. 6. 2007
Obseg: 0,97 FTE
 
DEJAVNOST           
ARRS KLASIFIKACIJA: 2.01.00 – Tehniške vede / Gradbeništvo
CERIF KLASIFIKACIJA: T220 – Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin
KLJUČNE BESEDE: Identifikacija konstrukcij, identifikacija mehanskih lastnosti, identifikacija tal, identifikacija prisotnosti razpok in njihovih lokacij ter globin, identifikacija defektov  in pomikov v zemeljski skorji.
 
POROČILO O REALIZACIJI PROGRAMA RAZISKOVALNEGA PROJEKTA

Ker projekt sestavljajo trije sklopi (inverzna identifikacija razpok na linijskih konstrukcijah, iterakcija objekt-tla z elastodinamično analizo mehansko strukturiranega pol-prostora, relativni pomik zemeljske z iskanjem korelacije z izpusta radona) so rezultati podani po posameznih sklopih:

a) Dinamična identifikacija sistemov spada v področje inverznih problemov, ki predstavljajo relativno mlado znanstveno disciplino, ki jo je spodbudil in omogočil šele hiter razvoj mikroelektronske opreme v zadnjih desetih letih, kar je odprlo nove možnosti za praktično aplikacijo v inženirski stroki. Za uspešno izvedbo indentifikacije je potrebno na objektu identifikacije izmeriti čim večje število podatkov, oz. vsaj spekter lastnih frekvenc, s pripadajočimi lastnimi vektorji ali brez njih, merjene podatke pa je nato potrebno s pomočjo inverznih metod uporabiti na smiselnem računskem modelu.
Delovna hipoteza je izhajala iz dejstev, da klasični računski postopki in računski modeli, razviti za analizo odziva konstrukcije na dano obtežbo, nimajo enake uporabnosti v inverzni identifikaciji mehanskih lastnosti in nepravilnosti, predvsem zaradi z meritvami omejene (tako kvantitativno, kot tudi kvalitativno) množice informacij. Izbrana metoda identifikacije je tako bazirala izključno na informacijah o lastnih frekvencah, izmerjenih na osnovni konstrukciji, kot tudi na konstrukciji z kontrolirano spremembo. V literaturi je bil najden računski model, ki je omogočal relativno enostavno modeliranje prečnih pomikov nosilcev s prečno razpoko, analiza pa se je izvajala z analitičnim reševanjem diferencialnih enačb prečnih pomikov, kar je omejevalo uporabo modela na konstrukcije z enim samim elementov.
Zaradi razširitve uporabnosti modela na splošnejše konstrukcije je bil predmet raziskav nadaljna izgradnja tega modela, predvsem v smislu numeričnega reševanja diferencialnih enačb. Temeljni cilj tega sklopa je tako bil končni element s statično togostno in masno matriko za linijske elemente s prečno razpoko, ki bi omogočal sestavo relativno enostavnega in majhnega računskega modela za izračun prečnih in osnih pomikov splošne linijske ravninske konstrukcije z razpoko.
Pri korak je predstavljala verifikacija oz. izpeljava nove definicije upogibne togosti razpoke kot funkcije globina razpoke za upogibne deformacije, kar pri identifikaciji razpok pri konstrukcijah z enom samim konstrukcijskim elementom (kjer se je reševala diferencialna enačba) ni bilo potrebno, saj se je lahko operiralo zgolj z vrednostjo togosti, in zveze med globino razpoke in togostjo tako ni bilo potrebno iskati. Nova definicija rotacijske vzmeti je bila izpeljana na osnovi rezultatov, dobljenimi z obsežnimi dvodimenzionalnimi mrežami končnih elementov, ki so nudili bazo podatkov za raziskovanje obnašanja razpokanih nosilcev. Nova definicija togosti je bila tako najprej definirana z diskretnimi točkami, izračunanimi na osnovi rezultatov pomikov obeh metod, nato pa se je z uporabo numeričnih metod po vzoru že obstoječih definicij iz literature izpeljal še analitični izraz za togost linearne vzmeti kot funkcija relativne globine razpoke. Hkrati sta bila izpeljani nova togostni matriki za končna elementa nosilca z razpoko, ki omogočata direktno vpeljavo členka na koncu končnega elementa. Proces izpeljave teh dveh elementov (direktno iz pogojev statičnega ravnotežja, brez uporabe interpolacijskih funkcij) je dalje tvoril osnovo za efektno izpeljavo končnih elementov s poljubnim številom razpok za vse tri vrste robnih pogojev (vpeto-vpeto, členek-vpeto in členek – vpeto), saj so vse tri togoste matrike sedaj podane v kompaktni in popolnoma simbolični obliki. Primerjava rezultatov, dobljenih z novimi končnimi elementi, je pokazala, da je ujemanje z rezultati 2D računskih modelov popolnoma sprejemljivo, vse dokler se analizirajo vitki elementi, torej elementi, za katere se lahko predpostavi veljavnost Bernoulli-Eulerjeve hipoteze.
V nadaljevanju so tako bile izpeljane togostne matrike za različne robne pogoje vpetja (vpeto-vpeto, členek-vpeto in vpeto – členek) za končne elemente s poljubnim številom razpok, kar omogoča, da se konstrukcijski element s poljubnim številom prečnih razpok enostavno modelirati z enim samim končnim elementom, namesto z ekvivalentnim številom končnih elementov z eno samo prečno razpoko, s čemer se je računski model za statično analizo skrčil na možni minimum, seveda ob hkratni enaki natančnosti.
Prav tako se pristopilo k študiji vpliva osnih sil na pomike elementov. Jasno je sicer, da kritične uklonske sile ni smiselno uporabiti kot parameter nedestruktivne identifikacije, vendar ta vrednost lahko služi kot eden izmed dodatnih in neodvisnih parametrov ocene kvalitete uporabljenega računskega modela, hkrati pa upoštevanje vpliva osne sile v računskem modelu dviguje njegovo kvaliteto. Tako se je pristopilo k obravnavi tlačnih osnih sil, kjer se je izkazalo, da je, kljub dejstvu, da tlačna osna sila povzroča zapiranje razpoke, smiselno proučiti vpliv tlačne osne sile na zmanjšanje togosti elementa in posledično konstrukcije. Zaradi tega je bila najprej izpeljana geometrijska togostna matrika končnega elementa s konstantno osno silo in s prečno razpoko, ki dopolni togostno matriko končnega elementa s prečno razpoko. Ker so bile pri izpeljavi geometrijske togostne matrike uporabljene interpolacijske funkcije za prečne pomike zaradi prečne obtežbe, je sicer potrebno uporabiti več kot en končni element za zadovoljiv opis posameznega konstrukcijskega elementa (izkaže se, da je konverga skoraj popolnoma dosežena s 5 končnimi elementi), vendar je na tak način vseeno omogočena ocena kritične uklonske sile z bistveno manj računskega napora kot pri diskretizaciji z 2D končnimi elementi. Ker pa se v tlačno obremenjenih stebrih zaradi lastne teže pojavlja linearno spreminjajoča osna sila, je bila v nadaljevanju izpeljana še geometrijska togostna matrika za linearno spreminjajočo tlačno osno silo (kompatibilna z že izpeljano togostno matriko).
Z izpeljanimi končnimi elementi je tako narejen bistven korak naprej, saj je računski model že bistveno manjši od ekvivalentnega računskega modela z dvodimenzionalnimi končnimi elementi, kar omogoča bistveno hitrejšo modifikacijo računskega modela pri postopkih identifikacije razpok. Tako je izpolnjen zastavljeni cilj – minimalistični računski model, ki lahko zajame na dejanski konstrukciji izmerjene podatke, hkrati pa so odstopanja rezultatov glede na bistveno obsežnejše 2D računske modele popolnoma zadovoljiva in morajo ustrezati običajni inženirski situaciji.
Pridobljene izkušnje in spoznanja pa služijo kot izvrstna osnova za izpeljavo sličnega končnega elementa z dinamičnimi interpolacijskimi funkcijami, kot tudi ustrezne geometrijske togostne matrike za probleme stabilnosti, ki bosta omogočila minimalni računski model. 
b) Raziskave so bile usmerjene v dve smeri: v formulacijo enačb gibanja ter analizo seizmičnega valovanja pri problemih dinamične iterakcije objekt-tla.
Osnovni pristop k formulaciji enačb gibanja pri obravnavanju problemov dinamične interakcije objekt-tla je, da sistem, ki ga obravnavamo razdelimo v dve podkonstrukciji – temeljna tla in zgornjo konstrukcijo, ki predstavlja objekt. Koeficiente dinamične togostne matrike za zgornjo konstrukcijo je mogoče določiti dovolj natančno z običajnimi metodami dinamike konstrukcij. Določitev dinamične togostne matrike tal pa zaradi neskončnih dimenzij polprostora in njihove nohomogenosti zahteva drugačen pristop. Ideja je ta, da v prvem koraku razvijemo Green-ovo funkcijo za model tal, ki so na površini obremenjena s harmonično vertikalno točkovno silo. V tej Green-ovi funkciji so že upoštevani vsi robni, kontinuitetni in predvsem radiacijski pogoj. V drugem koraku pa rešimo integralsko enačbo, ki ima to Green-ovo funkcijo za jedro, na območju kontaktne površine med objektom in tlemi. Da bi lahko model tal bolje uskladili z dejanskimi razmerami in ga naredili uporabnega za inženirsko prakso, upoštavamo njegovo slojevitost. Pri tem upoštevamo določene poenostavitve, in sicer predpostavimo, da so vsi sloji horizontalni ter iz elastičnega, izotropnega in homogenega materiala in ležijo na prav tako homogenem in elastičnem polprostoru. Tak model zelo dobro ustreza realnim razmeram v aluvijalnih dolinah, hkrati pa predstavlja najbolj zapleten model, ki  še omogoča razvoj Green-ove funkcije.
Naše raziskave so bile usmerjene predvsem v določitev Green-ove funkcije, ki bi izpolnjevala vse gornje zahteve. Semi-analitični pristop k reševanju tega problema je povzet po ideji, ki jo je za homogen polprostor razvil Kobayashi. V naši raziskavi je bilo pokazano, da nastopajo polneskončni integrali, ki nastopijo pri postopku inverzne Hankel-ove transformacije in definirajo pomike površine polprostora zaradi vertikalne harmonične točkovne sile, v primeru slojevitega polprostora v isti obliki kot v primeru homogenega. To pomeni, da jih lahko tudi v primeru slojevitega polprostora izrazimo kot vsoto residuov in končnih integralov, ki jih lahko izvrednotimo poljubno natančno. Metoda je tako uporabna za poljubno število slojev in predstavlja nov pristop v elastodinamiki. Trenutno ustaljeni postopki za numerično izvrednotenje Green-ove funkcije, ki temeljijo na t.i. “žarkovni metodi” (Kausel), dajejo rezultate, ki so dovolj natančni le v omejenem območju razmerja debeline slojev in valovnih dolžin. Opisana metoda pa daje natančne rezultate tudi v primerih, tankih slojev.
Dobljeni rezultati predstavljajo podlago za nadaljne raziskave, ki bodo fokusirane predvsem v razvoj Green-ove funkcije za primer tangencialne harmonične točkovne sile delujoče na površini slojevitega polprostora.
Za analizo seizmičnega valovanja in interakcijo konstrukcijo-tla je med drugim potrebno upoštevati dve ključni težavi. Prva je v tem, da praktično ni možno dobiti ustreznih analitičnih rešitev, razen za skrajno idealizirane modele, s katerimi ni moč učinkovito analizirati realnih problemov. Zato moramo za prakso zanimive probleme reševati numerično. Omejili smo se na numerično metodo MKE, ki je v primerjavi z ostalimi metodami najbolj učinkovita za modeliranje nehomogenih tal, ki lahko vključujejo tudi konstrukcijo. Druga težava je v tem, da je potrebno na fiktivnih mejah računske mreže izpolniti pogoje transparentnosti (radiacijske pogoje). Problem transparentnosti smo v celoti in natančno rešili hkrati s parametričnim opisom valovanja. Rešitev valovanja temelji na transformaciji valovne enačbe v frekvenčno domeno, diskretizaciji medija z MKE in modalni analizi kjer se na fiktivnih mejah računske mreže natančno upošteva tako vpadno kot izhodno potujoče valovanje, razstavljeno na valovne oblike. Pri tem se problem transparentnosti mej prevede na matematični problem lastnih vrednosti, ki je rešljiv s standardnimi računalniškimi programi. Mi smo uporabljali programski paket Matlab. Tako je možno inženirsko analizirati vpliv posameznega načina vzbujanja na širjenje valovanja in na interakcijo. Obenem to daje možnost za morebitno inženirsko optimizacijo rešitve problema.
Metoda za reševanja tega problema je izvirna, v celoti vključno z značilnimi testnimi primeri pa je objavljena v ustreznih priznanih publikacijah. Za nekatere enostavne primere, kjer je bilo moč dobiti analitične rezultate, smo primerjali računske rezultate z analitičnimi. Izkazalo se je zelo dobro ujemanje rezultatov. Pomembna odlika metode je njena računska in teoretična relativna nezahtevnost. Druga odlika je, da se medij in nehomogenosti modelira z mrežo KE samo lahko samo v obsegu kjer nas zanima valovanje, pri tem pa uporabljamo pravokotne enostavne končne elemente. Druge metode uporabljajo cilindrične elemente ter zelo veliko mrežo KE, če želijo bolj natančno izpolniti radiacijske pogoje. Nenazadnje velja omeniti, da s to metodo lahko upoštevamo vzbujanje z vpadnim valom tako, da je fiktivna meja na vpadni strani transparentna tudi za odbite valove. Običajne metode upoštevajo vzbujanje s pomiki oziroma silami na fiktivni meji, skozi katero vstopa vpadni val, medtem ko je ta meja za valove, ki se odbijejo od konstrukcije, neprehodna.
c) Raziskovalna hipoteza: Na transport radioaktivnega žlahtnega radona (Rn: 222Rn, razpad alfa, razpolovni čas 3,82 dneva) od njegovega mesta nastanka v zemeljski skorji do vstopa v atmosfero, in s tem v naše bivalno in delovno okolje, vplivajo hidrometeorološki, geokemijski in geofizikalni (tektonska in seizmična aktivnost) parametri. Če merimo njegovo aktivnost v zraku v tleh in analiziramo fluktuacijo v njenem časovnem poteku, opazimo anomalije, za katere smemo predpostaviti, da so jih povzročili potresi, povečana aktivnost prelomov ali zdrsi zemljine.
Metodološko-teoretični opis: Na izbranih lokacijah smo preko daljšega obdobja (nekaj let) kontinuirno merili radon v zraku v tleh (Krško polje, Homec). Za to smo uporabljali sondo barasol (Alagde, Francija), ki enkrat na uro izmeri in zabeleži koncentracijo aktivnosti radona v zraku, temperaturo zraka ali vode in barometrski tlak. Pri analizi časovnega poteka koncentracije radona smo iskali tiste fluktuacije-anomalije, za katere bi lahko predpostavljali, da so jih povzročili potresi. Pri tem smo predpostavili, da so anomalne tiste vrednosti, (i) ki odstopajo od sezonskega povprečja za več kot 1−2 standardni deviaciji, (ii) pri kateri imata časovna gradienta koncentracije in tlaka isti predznak in (iii) pri katerih je odstopanje od izmerjene vrednosti ter vrednosti, napovedane z metodami strojnega učenja (odločitvena drevesa), večje od 15%.

Rezultati: Analiza časovnih potekov koncentracije aktivnosti radona v talnem zraku je pokazala anomalije za potrese z jakostjo ML ≥ 2,8. Žal so se pokazale tudi tako imenovane lažne anomalije, to je anomalije v obdobjih, ko ni bilo potresov. Z optimiziranjem kriterijev za definicijo anomalije nam je sicer uspelo znižati število lažnih anomalij, vendar se jih nismo mogli povsem znebiti. Pri tem se je pokazala analiza z odločitvenimi drevesi boljša od kriterija odmika 1−2 standardnih deviacij od povprečja in enakosti predznaka časovnih gradientov koncentracije radona in tlaka. Meritve na Labotskem prelomu pri Homcu so pokazale nenaden porast koncentracije radona v nekem obdobju, ko ni bilo potresov v bližini. Iz tega smo sklepali, da je prišlo do zdrsa zemljine ob prelomu, česar pa nismo mogli potrditi z neodvisno meritvijo.

Ključne ugotovitve: V časovnem poteku izmerjene koncentracije radona v talnem zraku smo opazili anomalije, ki jih lahko pripišemo potresom, povečani aktivnosti prelomov ali zdrsom zemljine, in jih ne moremo preprosto pojasniti z delovanjem hidrometeoroloških dejavnikov. Zaradi šibkosti potresov na območju Slovenije (v času naše raziskave je bil najmočnejši z ML okrog 4) je enostavna statistična obdelava podatkov nezadovoljiva in moramo uporabiti metode strojnega učenja. Bodoča raziskava mora iti v smeri zmanjševanja števila lažnih anomalij. To metodologijo bi lahko dalje preverjali za ugotavljanje aktivnosti drugih prelomih v Sloveniji.

Sklepi: Z nadaljnimi študijami transporta radona bi bilo potrebno znižati število lažnih anomalij, ki jih opazimo v izmerjenih aktivnostih. Sklepamo, da bi to morda lahko dosegli z: (i) povečanjem podatkovne baze (daljša obdobja meritev: 5−10 let), (ii) vključevanjem dodatnih parametrov v analizo: hitrost in smer vetra, vlažnost tal, pokritost tal s snežno odejo, premike tal in (iii) z optimiziranjem parametrov pri uporabi odločitvenih dreves ter z uporabo še drugih metod strojnega učenja (na primer nevronskih mrež).

RAZISKOVALNI PROJEKT – Razvoj inovativnega železniškega pragu

Železniški prag je element zgornjega ustroja železniške proge, ki je ključen za prenos obremenitev s tirnic na tirno gredo. V Sloveniji so danes v uporabi betonski in leseni železniški pragovi, pri čemer imata obe vrsti svoje prednosti in pomanjkljivosti. Predvsem pri betonskih pragovih se poglaviten problem pojavi v območju naleganja spodnje površine pragu na tolčenec v glavnem kot posledica slabe kakovosti tolčenca. Pri dinamičnih obremenitvah predvsem v krivinah in na prehodih med različno togimi podlagami prihaja do drobljenja tolčenca, posledica česar je formiranje praznin pod osrednjim delom pragu. Posledično zmanjšanje elastičnosti konstrukcije zgornjega ustroja proge povzroča neugodne dodatne vibracije, ki jim sledijo deformacije proge in poškodbe pragov.

V okviru projekta želimo raziskati možnosti izdelave inovativnega železniškega praga, ki bi imel vse prednosti lesenega in betonskega praga in čim manj slabosti obojih. Končni cilj projekta je daljša življenjska doba, posledično ekonomski prihranek na račun manjšega vzdrževanja ter izboljšana varnost (predvsem v smislu požara) novo razvitega pragu v primerjavi z obstoječimi pragovi v železniški infrastrukturi. Razviti želimo prag, ki bo dovolj fleksibilen, da bo tudi na bolj togih podlagah omogočal dušenje dinamičnih obremenitev in bo sočasno zagotavljal udobnost vožnje, s takšno izvedbo spodnje naležne površine, ki bo preprečevala oziroma omejila drobljenje tolčenca na stiku s pragom, sočasno pa bi predvsem v krivinah kjer prihaja do centrifugalnih sil, želeli povečati prečni odpor praga.

Več informacij najdete na spletni strani projekta: RAZISKOVALNI PROJEKT​ – Razvoj inovativnega železniškega pragu ​

X