شماره ركورد
24852
شماره راهنما
MAP2 121
عنوان
بهبود حل معادلات ديفرانسيل جزئي بيضوي با استفاده از روش كمترين مربعات متحرك بازگشتي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري- ژئودزي
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/04/24
صفحه شمار
73 ص.
استاد راهنما
حميد مهرابي
استاد مشاور
ميثم مشايخي
كليدواژه فارسي
معادله ديفرانسيل جزئي , روش كمترين مربعات متحرك بازگشتي , روش المان محدود , روش توابع پايه شعاعي , روش كمترين مربعات متحرك
چكيده فارسي
آناليز و بررسي تغيير شكل¬هاي زمين از موضوعات اساسي در تحليل مخاطرات ژئوتكنيكي، پايش زيرساختها و مديريت منابع زمين محسوب ميشود. تحليل دقيق اين پديده¬ها نيازمند مدلسازي دقيق رفتار زمين است كه در بسياري از موارد با حل معادلات ديفرانسيل جزئي انجام ميگيرد. يكي از انواع معادلات ديفرانسيل جزئي كه از آن براي بررسي رفتار زمين استفاده مي¬شود، معادله كرنش خارج از صفحه¬اي است. اين معادله در محيطهاي همگن و بدون نيروي حجمي براي بررسي تغييرات ارتفاعي زمين كاربرد دارد. از آنجا كه اكثر معادلات حاكم بر فيزيك زمين پيچيده هستند، در نتيجه حل تحليلي آنها دشوار است و يا ممكن نيست؛ بنابراين استفاده از روشهاي عددي بهعنوان رويكرد غالب در مدلسازي تغيير شكل زمين ضروري است. روشهاي عددي مانند FEM به عنوان روشي بر مبناي المان و در مقابل، روشهاي بدون المان مانند روش¬هاي MLS و RBF، براي حل معادلات ديفرانسيل جزئي استفاده مي¬شوند. در اين پژوهش براي اولين بار از روش بدون المان RMLS (بهعنوان توسعهاي از روش MLS) در حل معادلات ديفرانسيل جزئي استفاده شد. اين روش با گسترش تدريجي دامنه تأثير و اعمال مرحلهاي شرايط مرزي، قابليت مدلسازي محلي و سراسري را فراهم ميكند. از مزاياي روش RMLS در حل معادلات ديفرانسيل جزئي اين است كه دامنه تأثير در هر مرحله مي¬تواند شكلي دلخواه داشته باشد و محدود به شكل خاصي نيست. همچنين اين روش مي¬تواند در هر مرحله بدون نياز به داده¬هاي مرحله قبل و فقط با داده¬هاي جديد مسئله را حل كند. در اين پژوهش، با هدف بررسي دقت عددي اين چهار روش، سه حالت مطالعاتي بررسي شده است: دو مورد شبيهسازيشده با پاسخ تحليلي شناختهشده و يك مورد مبتني بر دادههاي واقعي حاصل از پردازش سري زماني تصاوير راداري Sentinel-1A كه تغييرات جابهجايي تجمعي زمين را در بازه¬ سال-هاي 2015 تا 2024 در منطقه¬اي در محدوده Porterville در ايالت كاليفرنيا مدل مينمايد. در حل معادله كرنش خارج از صفحه¬اي براي داده¬هاي شبيه¬سازي¬شده در نوع اول شرايط مرزي، دقت روش RMLS نسبت به FEM حدود 94 درصد و نسبت به روش¬هاي MLS و RBF حدود 7 درصد بهبود داشته است. همچنين در حل معادله كرنش خارج از صفحه¬اي براي داده¬هاي شبيه¬سازي¬شده در نوع دوم شرايط مرزي نيز، دقت RMLS نسبت به FEM و روش MLS حدود 15 درصد و نسبت به روش RBF حدود 24 درصد بهبود داشته است. روش RMLS همچنين توانست براي دامنه تأثير محلي نيز جواب¬هايي قابل¬قبول و با دقت بالا ارائه دهد. به منظور بررسي عملكرد هر روش در مقابل سطوح مختلف نويز نيز، نويز¬هاي مختلفي به داده¬هاي شبيه¬سازي شده اعمال شد كه روش RMLSهمچنان توانست بهترين عملكرد را در مقايسه با ساير روش¬ها داشته باشد. علاوه بر اين مزايا، پيچيدگي محاسباتي براي همه روش¬ها محاسبه شد. نتايج نشان دادند كه روش RMLS نسبت به روش¬هاي FEM، RBF و MLS به ترتيب 15 درصد، 37.5 درصد و 19 درصد توانسته است زمان محاسبات را كاهش دهد.
كليدواژه لاتين
Partial Differential Equation , Recursive Moving Least Squares Method , Finite Element Method , Radial Basis Function Method , Moving Least Squares Method
عنوان لاتين
Enhancing the solution of elliptic partial differential equations using the recursive moving least squares method
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
The analysis and monitoring of ground deformations play a fundamental role in geotechnical hazard assessment, infrastructure monitoring, and land resource management. Accurate analysis of these phenomena requires precise modeling of ground behavior, which is often performed by solving partial differential equations. One such equation commonly used to investigate ground behavior is the Antiplane strain equation, which is applicable in homogeneous environments without body forces to study surface elevation changes. Given the complexity of most governing physical equations of the Earth, analytical solutions are often difficult or impossible to obtain; thus, numerical methods have become essential tools for modeling ground deformation. Numerical approaches such as the FEM, a mesh-based method, and meshfree methods like MLS and RBF have been widely used to solve partial differential equations. In this research, the RMLS method—a novel extension of the MLS method—is applied for the first time to solve partial differential equations. By gradually expanding the support domain and implementing boundary conditions in stages, the RMLS method enables both local and global modeling capabilities. One of the key advantages of RMLS in solving partial differential equations is its ability to use arbitrary-shaped support domains at each step and it is not limited to a specific shape. Furthermore, the method can solve the problem at each stage using only new data, without the need for previous-step information. To evaluate the numerical accuracy of these four methods, three case studies are examined: two synthetic scenarios with known analytical solutions and one real case study based on time-series data from Sentinel-1A radar imagery, representing cumulative ground displacement in the Porterville region of California from 2015 to 2024. For the Antiplane strain equation under the first type of boundary conditions with synthetic data, the RMLS method showed a 94% improvement over FEM and about 7% over MLS and RBF. In the second type of boundary conditions, RMLS improved accuracy by approximately 15% over FEM and MLS, and by 24% over RBF. Moreover, the RMLS method yielded accurate and reliable results for problems with localized support domains. To assess performance under different noise levels, various types of noise were added to the synthetic data, and RMLS still outperformed the other methods. In addition to its accuracy, the computational complexity of each method was analyzed. Results showed that RMLS reduced the computational time by 15%, 37.5%, and 19% compared to FEM, RBF, and MLS, respectively.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
139002
نويسنده