Matlab programının doğrusal olmayan deprem analizleri için paralel programlamaya uygunluğunun araştırılması

ÖZET İnşaat mühendisliğindeki gelişmeler sayesinde yapısal modelleme ve çözümleme farklı şekillerde yapılabilmektedir. Yapısal modelleme sürecinde, yapıyı oluşturan kolon, kiriş, döşeme, perde gibi fiziksel elemanların davranışlarını gözönünde bulundurarak ve davranışları ile ilgili bazı kabuller yaparak, bu elemanlar için matematiksel modeller kullanılır. Fiziksel elemanların yanı sıra, doğrusal olmayan davranışı temsil edecek elemanların matematiksel modelleri de oluşturulur. Bu eleman bazındaki modeller kullanılarak yapısal sistem ( çerçeve sistem, perdeli-çerçeve sistem, kabuklar, kablolu sistemler vb.) ve genel matematiksel model oluşturulur. Modellemesi biten yapıların analiz sürecinde ise toprak, rüzgar ve deprem gibi farklı yükleme durumları için çözümler yapılır. Bu tez kapsamında, kolon ve kiriş elemanlar için çubuk eleman basitleştirmesi ve doğrusal olmayan elemanlar için de yay kabulü yapılmıştır. Bu çubuk elemanlar ve yaylar, düğüm noktaları yardımıyla birleştirilip çerçeve sistemler oluşturulur. Çubuk elemanların doğrusal, yay elemanların ise doğrusal olmayan davranış sergilediği düşünülerek sistemin doğrusalsızlığı yay elemanlara yoğunlaştırılmıştır. Aynı zamanda Matlab programlama dili yardımıyla doğrusal olmayan deprem analiz programı yazılmıştır. Bu bilgisayar programlarının bize sağladığı işlem kolaylığı ile yay ve çubuk elemanlardan teşkil edilen, istenilen açıklık ve istenilen kat sayısında çerçeve sistemler oluşturulmuş ve bu çerçeve sisteme dinamik yük uygulanarak zaman tanım aralığında analiz yapılmıştır. Dinamik yük olarak çeşitli deprem yer hareket kayıtları çerçeveye yüklenerek artırımlı zaman aralığında, deprem analizi için geliştirilen program çalıştırılmış ve analiz sonucu oluşan ivme, hız ve yerdeğiştirmeler belirlenerek yapının sismik davranışı saptanmıştır. Günümüzde yaygın olarak kullanılmaya başlanan yüksek katlı ve çok sayıda açıklığı bulunan çerçeve sistemlerin modellenmesi esnasında kolon ve kirişlerin sayısı hatırı sayılır biçimde arttığı için fazlasıyla çubuk eleman göz önünde bulundurulmalıdır. Buna bağlı olarak her çubuk elemanda, doğrusal olmayan davranışı temsil eden yaylar da matematiksel modele entegre edilmelidir. Bu çerçeve sistemin oluşturulması ve özellikle çözülmesi esnasında Matlab programı ile geliştirilen deprem analiz programı fazlasıyla işlem yapmaktadır. Bu işlemlerin fazlalığı analiz için gerekli olan süreyi uzatmakta dolayısıyla vakit kaybı yaşanmakta ve projelerde gecikmeler yaşanabilmektedir. Analiz sürelerinin uzun olmasının yol açtığı problemleri çözüme kavuşturabilmek için geleneksel yöntem olan seri hesaplamalardan uzaklaşıp paralel programlama konseptinin kullanılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Bilgisayar mimarisindeki değişimler ile ön plana çıkan paralel programlama, farklı avantajları sayesinde bir çok alanda kullanılabilmektedir. Zaman tasarrufu, bilgisayar çekirdeklerini aynı anda kullanım imkanı ve büyük verileri çözme kabiliyeti paralel programlamanın kullanım alanlarını her geçen gün artırmaktadır. Bu tez kapsamında, paralel programlama konsepti ile Matlab programında geliştirilen deprem analiz programının içerisindeki iş yükü küçük parçalara ayrılarak bilgisayarın çekirdeklerine (CPU) gönderilmiş ve eş zamanlı olarak çözümün elde edilmesi beklenmiştir. Bu sayede programların hızlandırılması ve analiz süresinin kısalması hedeflenmiştir.