پایان نامه ارشد: تحلیل هیدرودینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی تحت امواج تصادفی

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه های دریایی

عنوان : تحلیل هیدرودینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی(TSP) تحت امواج تصادفی

دانشگاه هرمزگان

دانشکده فنی و مهندسی

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه های دریایی

عــــنــــوان پایان نامه :

تحلیل هیدرودینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی(TSP) تحت امواج تصادفی

استاد راهنما :

دکتر کیوان صادقی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)فهرست مطالب:فصل اول: مقدمه و معرفی1-1 پیشگفتار ...................................................................................................... 12-1 روش تحقیق..........................................................................................................33-1پیشینه‏ی تحقیق...................................................................................................34-1 خلاصه کار انجام شده .....................................................................................6فصل دوم: آشنایی کلی با انواع سکو ها 1-2  سکو ی ستونی (اسپار)……………………..................................……............92-2 سکوهای ستونی خرپایی(تراس اسپار)...................................................103-2  نیمه مغروق ها:......................................................................................124-2 سکوی نیمه شناور خرپایی (Truss Pontoon Semi-submersibl )....................17فصل  سوم: نیروهای محیطی و تئوری امواج 1-3 نیروهای وارد بر سکو...........................................................................201-1-3 نیروی ناشی ازموج..............................................................................231-1-1-3 معادله موریسون ...........................................................................292-1-1-3 تئوری تفرق(diffraction theory) ....................................37     2-3 مقدمه ای بر امواج........................................................................................41 3-3 تئوری امواج................................................................................................42 1-3-3 امواج منظم.............................................................................................43 2-3-3 امواج نامنظم............................................................................................494-3 توصیف آماری امواج...................................................................................535-3 طیف دامنه و انرژی امواج........................................................................531-5-3 طیف پیرسون موسکویچ...........................................................582-5-3 طیف جانسوپ............................................................................593-5-3 طیف برت اشنایدر....................................................................614-5-3 طیف نیومن................................................................................625-5-3 طیف نیومن................................................................................62فصل چهارم : سیستم های خطی یک در جه آزادی1-4 ارتعاش آزاد نامیرا ................................................................................632-4 ارتعاش آزاد میرا .................................................................................653-4 کاهش لگاریتمی....................................................................................70فصل پنجم:اطلاعات مساله و تحلیل سکوی نیمه شناور خرپایی1-5 معرفی مشخصات مساله...........................................................................721-1-5- مدل تست...........................................................................................732-5 محاسبه نیروهای وارد بر سازه...............................................................761-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سکو به روش موریسون.........................762-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سازه با استفاده از تئوری تفرق................79  -32-5 نیروی heave وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون....................804-2-5 نیروی heave  وارد بر سکو با استفاده از تئوری تفرق..................835-2-5 لنگر pihtch وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون...........851-5-2-5  لنگر ناشی از نیروی surge وارد بر یک استوانه...............852-5-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave وارد بر ستون ها......................863-5-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی(heave plate).........................866-2-5 محاسبه لنگر pitch با استفاده از تئوری تفرق.................................871-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی surge.......................................................2-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave......................................................3-6-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی.........................................................883-5 محاسبه حرکت سازه(RAO) تحت موج تکی............................................891-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهتheave.....................2-3-5 محاسبه پاسخ واحد سازه برای حرکت در جهت pitch.......................4-5 پاسخ سازه تحت موج های تصادفی(طیفی).......................................91فصل ششم: ارائه نتایج و بحث در آنها1-6 نیروی وارد بر سکو در جهت surge  .........................................2-6 نیروی وارد بر سکو در جهت heave..........................................3-6 لنگر وارد بر سکو در جهت pitch .............................................4-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت heave به موج با دامنه واحد ..................965-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت pitch به موج با دامنه واحد....................986-6تحلیل سازه برای موج های تصادفی...........................................991-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت heave .............................2-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت pitch..............................7-6 نتیجه گیری...............................................................................1048-6پیشنهادات برای ادامه کار.........................................................105چکیده:سکوی نیمه شناور خرپایی یک سازه جدید در صنعت سازه های فراساحل است که از یک قسمت خرپایی برای ایجاد جرم اضافه با استفاده از صفحات افقی استفاده می کند. در این پایان نامه این سازه با استفاده از قسمت خطی معادله موریسون تحلیل می شود و نتایج با تحلیل سکو به روش تئوری تفرق خطی مقایسه می شود. هدف از این تحلیل معرفی یک روش محاسباتی ساده برای تحلیل سازه هایی با ابعاد بزرگ مانند سکوی حاضر است. نزدیکی قابل قبول نتایج تحلیل با نتایج مدل تست و نتایج تحلیل با روش تفرق نشان می دهد که استفاده از معادله موریسون می تواند برای محاسبه نیروهای وارد بر سازه های بزرگی مانند سکوی مورد مطالعه روش مناسبی باشد و تا مقدار زیادی باعث ساده تر شدن محاسبات شود بدون آن که از کیفیت نتایج چشم پوشی کند. نکته مهم در این خصوص، وابستگی نتایج به ضرائب هیدرودینامیکی انتخابی است که در صورت درست انتخاب شدن باعث ایجاد نتایج صحیح می شوند.فصل اول: مقدمه و معرفی1-1- پیشگفتاربا توجه به اهمیت انرژی‏‏‏های فسیلی در دنیای امروز و نقش‏آفرینی این نوع انرژی در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن یکی از موضوعات مهم تکنولوژی روز دنیا می باشد.همچنین پایان پذیری منابع فسیلی و محدود بودن ذخایر آن، باعث توجه به ذخایری شده است که تاکنون بهره برداری از آنها صرفه اقتصادی نداشته است. یکی از مهم‏ترین این ذخایر، ذخایر انرژی مدفون در کف دریاهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هایی را جهت استخراج از کف دریاها ارائه داده‏اند. حرکت علمی که در این راستا در غرب آغاز شده است اکنون دارای تاریخچه‏ای بیش از یک قرن است و با توجه به موقعیت حساس کشور ما در این برهه زمانی و برخورداری از منابع غنی انرژی های فسیلی در دریاهای شمال و جنوب کشور، کسب این تکنولوژی به یکی از رئوس برنامه علمی کشور تبدیل شده است. نکته قابل توجه در این باره، لزوم استفاده از روشهای اقتصادی و سیستم های بهینه استخراج می باشد که در دنیای رقابتی امروز امری اجتناب ناپذیر می‏نماید.جهت استخراج نفت و گاز از کف دریاها، کاربردی ترین روش شناخته شده، استفاده از سکو است. این نوع سازه طی عمر هفت دهه‏ای خود تحولات بسیاری را در سیستم سازه‏ای و قابلیت بهره برداری از سر گذرانده است.در ابتدا این نوع سازه در آب‏های کم عمق و به صورت خرپایی ساده مورد استفاده قرار گرفت و طی زمان، تکامل سازه در راستای استفاده در آب‏های عمیق و کاهش هزینه‏های ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزایش بسیار زیاد هزینه احداث سکو‏های ثابت با افزایش عمق، نوع جدیدی از سکو‏های دریایی با نام سکوی نیمه شناور مطرح شد که دارای مزایای اقتصادی و کاربردی قابل توجه‏ای می باشد. سیر تکامل کلی سکو‏ها و به خصوص نوع خاصی از آنها را (سکوی نیمه شناور خرپایی) به صورت کامل در فصل یک شرح خواهیم داد.سکوی نیمه شناور خرپایی نوع خاصی از سکوهای نیمه شناور است که دارای شش درجه آزادی می­باشد: حرکت افقی طولی (­­surge)، حرکت افقی عرضی (sway)، حرکت قائم (heave)، که به ترتیب جابجایی در امتداد محورهای x و y و z بوده و چرخش طول این محورها به ترتیب، غلتش عرضی (roll)، غلتش طولی(pitch) و چرخش در صفحه افقی (yaw) نامیده می شود.با توجه به مقدمات بالا، در این پروژه سعی شده است اصول آنالیز یک سکوی نیمه شناور خرپایی مورد بررسی قرار گیرد و با شناسایی و مقایسه تئوری های موجود جهت محاسبه ی بارهای وارد بر سازه، برداشت جامعی از چگونگی آنالیز یک سکوی نیمه شناور خرپایی ارائه شود. در این راستا از تئوری های موریسون و دیفرکشن خطی جهت محاسبه‏ی نیروی موج و از تئوری موج ایری برای توضیح طبیعت دریا استفاده شده است که در فصل های ابتدایی توضیح کلی آنها خواهد آمد. نتایج محاسباتی پروژه با یک مدل تست نیز معتبر سازی شده است و در پایان شاهد بحث در نتایج و مقایسه آنها خواهیم بود.1-2- روش تحقیقدر این تحقیق ابتدا نیرو‏های وارد بر سکوی نیمه شناور خرپایی ناشی از موج، توسط تئوری های موریسون و دیفرکشن خطی برای درجات آزادی غیر وابسته‏ی surge ، heave و pitch به دست می‏آید. سپس با استفاده از حل معادله حرکت دینامیکی سکوی نیمه شناور خرپایی در درجات آزادی heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه واحد[1](RAO) به نیرو‏ها در این درجات به دست می‏آید.این نتایج با نتایج به دست آمده از مدل تست و با یکدیگر مقایسه خواهند شد. هم‏چنین طیف پاسخ سازه مورد نظر با استفاده از طیف های انرژی P-M و JONSWAP در درجات آزادی ذکر شده به دست می‏آید و مقایسه می‏شود.1-3- پیشینه تحقیقافراد زیادی رفتار هیدرو‏دینامیکی یک سیلندر شناور عمودی را مطالعه کرده‏اند. هاوس (1990) یک سیلندر را در بازه kc کوچکتر از 0.01 بررسی کرد. بررسی های او نشان می‏داد که نیروی درگ به صورت خطی با سرعت نسبت دارد و ضریب درگ نیز فوق‏العاده کوچک بود. چاکرابارتی و هانا (1990) در بررسی‏هایی که بر روی سیلندری با KC کمی بیستر از 0.01 انجام دادند، به نتایج مشابهی رسیدند. در آزمایشات آنها حرکت نوسانی آزاد سیلندر در جهت عمودی در خلال یک آزمایش (Decay test) مورد بررسی قرار گرفت.هاوس و یوتس (1994) یک سیلندر عمودی را درون یک جریان قرار دادند و نشان دادند که جریان میرایی سیلندر را در kc های مشابه افزایش می‏دهد.درگ هیدرودینامیک یک سیلندر از دو مولفه تشکیل شده است: درگ ناشی از اصطکاک و درگ ناشی از شکل. (تیاگاراجان و تروش 1994)درگ ناشی از اصطکاک به علت نیروی ویسکوزیته سیال روی سیلندر می باشد در حالیکه درگ ناشی از شکل بر اثر جدا شدن جریان در لبه پایینی سیلندر بر اثر حرکت heave ایجاد می‏شود. در kc های بسیار پایین، درگ در وحله اول از نوع اصطکاکی است که به صورت خطی با سرعت تغییر می‏کند. همچنین درگ ناشی از شکل یک نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمایشات هاوس و چاکرابارتی و هانا نشان داد که درگ اصطکاکی قسمت کوچکی از درگ هیدرودینامیک بر روی سیلندر را تشکیل می‏دهد.تیاگاراجان و راج آزمایش‏هایی با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند که در آنها درگ ناچیز و همینطور غیر خطی بود.در تمام این حالات دمپینگ ناشی از درگ که در اثر حرکت سیلندر ایجاد می‏شد بسیار کوچک می باشد.توا و تیاگاراجان (2003) یک دیسک با kc بالای 0.75 را تست کردند و دمپینگ درگ بیشتری را یافتند.هی(2003) نتایج عددی و آزمایشگاهی ارائه داده است که به بررسی حرکت heave صفحه‏های نازک استوانه‏ای پرداخته و مقادیر دمپینگ را نشان داده است. این مطالعات به حرکت‏های کوچک اصلی محدود شده‏اند و برای سکوی پایه کششی به صورت موردی انجام شده است.اطلاعات جرم اضافی بر اثر نوسان صفحات افقی در راستای عمود بر صفحه در این متون در دسترس نیست.آزمایش‏هایی روی سکوی نیمه شناور خرپایی با صفحات افقی انجام شده و بعضی گزارش‏ها تهیه شده‏اند که در مورد کارآیی صفحات افقی در سکوی نیمه شناور خرپایی بحث می‏کنند.(مگی و همکاران 2003)سکوی نیمه شناور خرپایی (TPS) یک سازه جدید شناور است که از ادغام مزایای سکوهای نیمه شناور پانتونی و خرپا و پرهیز از بعضی اشکالات سکو‏های پانتونی ایجاد شده است. سکوی پانتونی نیمه شناور از چهار ستون شناور تشکیل شده است که در قسمت پایین خود به پانتون های کف که پایداری سازه را کنترل می‏کنند متصل می‏شوند. عرشه نیز در بالای ستون‏ها قرار می‏گیرد. این سازه در مکان‏های دور از ساحل جهت حفاری و تولید به کار می‏رود. مزایای آن شامل فضای عرشه زیاد و همینطور بار قابل تحمل بالا می‏باشد. در یک طراحی روتین، ستون‏ها عمیق و پانتون‏ها نیز دارای حجم زیاد می‏باشند. مرکز جرم اعضا پایین تر از مرکز شناوری آنها قرار می‏گیرد (حدود 4 تا 12 فوت). این طراحی باعث کنترل دوره تناوب حرکات roll و pitch سازه می‏شود.برای یک سکوی نیمه شناور پانتونی، تغییر مکان کلی بزرگ است و دور کردن پریود طبیعی سازه از پریود موج غالب کار مشکلی می‏باشد. در واقع چون دمپینگ کوچک است و به صورت شدیدی تناوبی، بنابراین برای سکوی نیمه شناور پانتونی نوسان در جهت heave زیاد است و توسط میرایی نیز کنترل نمی‏شود. به عبارت دیگر، میرایی ناشی از جریان منتشر شونده، به صورت موثری در طراحی سکوی نمیه شناور پانتونی برای حرکت heave استفاده نشده است.TPS (سرینیواسان 2004) جرم اضافی ناشی از صفحات افقی که در پایین ستون‏های خرپایی استفاده شده‏اند را به کار می‏گیرد و بنا بر این از جریان منتشر شونده حول این صفحات استفاده می‏کند.  1-4- خلاصه کار انجام شدههنگام طراحی یک سازه دور از ساحل، یکی از اولین و مهم‏ترین مراحل، انتخاب روش محاسبه نیرو‏های موثر بر سازه می‏باشد.یکی از روش‏های محاسبه نیرو استفاده از تئوری دیفرکشن موج است. استفاده از فرمول تجربی موریسون (موریسون و همکاران 1950) اغلب یک روش معمول برای به دست آوردن نیروهای وارد بر سازه‏های دور از ساحل است.فرمول موریسون اثرات ناشی از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمی‏گیرد و ضرائب نیرو برای اعمال این آثار به کار می‏روند. نیروی موریسون می‏تواند یک روش بسیار موثر برای آنالیز سازه‏های کوچک باشد.زیرا اثرات ناشی از برگشت موج ناچیز است، اما تئوری دیفرکشن برای سازه‏های بزرگ قابل استفاده تر است. یک جدول کمی برای تشخیص سازه های کوچک و بزرگ توسط چاکرابارتی ارائه شده است(1987).در این تحقیق از هر دو این روش‏ها برای محاسبه‏ی نیرو‏ها استفاده شده است.تصویر کلی سازه TPS در شکل نمایش داده شده است.حرکات این سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطی و موج تصادفی آنالیز شده است(با استفاده از فرمول  موریسون و تئوری دیفرکشن خطی). سپس این نتایج با نتایج  به دست آمده از مدل تست مقایسه شده‏اند. مدل تست طی مقاله‏ای توسط آقای سرینیواسان در سال 2005 تشریح شده است.سازه حاضر برای امواج خطی در بازه تناوب 7-22 ثانیه آنالیز شده است.در مرحله محاسباتی پاسخ یکه سازه (RAO) برای نیروهای surge ، heave و pitch  به دست آمده است و هم چنین پاسخ یکه حرکت سازه‏ها در جهات heave و pitch  نیز به دست آمده است. طیف JONSWAP برای موج‏های تصادفی نیز برای تحلیل سازه تحت اثر امواج تصادفی استفاده شده است.Response Amplitude Operation-[1]تعداد صفحه : 126قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید