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 كارشناسي ارشد رشته عمران گرایش سازه های دریایی

عــــنــــوان پایان نامه :

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

استاد راهنما :

دكتر 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 معرفی

1-1 پیشگفتار ………………………………………………………………………………………… 1

2-1 روش تحقيق…………………………………………………………………………………………….3

3-1پيشينه‏ي تحقيق………………………………………………………………………………………3

4-1 خلاصه كار انجام شده ………………………………………………………………………….6

فصل دوم: آشنایی کلی با انواع سکو ها

1-2  سكو ی ستونی (اسپار)………………………………………………….………………9

2-2 سكوهاي ستونی خرپایی(تراس اسپار)……………………………………………10

3-2  نيمه مغروق ها:…………………………………………………………………………..12

4-2 سکوی نیمه شناور خرپایی (Truss Pontoon Semi-submersibl )………………..17

فصل  سوم: نیروهای محیطی و تئوری امواج

1-3 نیروهای وارد بر سکو…………………………………………………………………20

1-1-3 نیروی ناشی ازموج……………………………………………………………………23

1-1-1-3 معادله موریسون …………………………………………………………………29

2-1-1-3 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………………………………………………………………………………..49

4-3 توصیف آماری امواج………………………………………………………………………..53

5-3 طیف دامنه و انرژی امواج………………………………………………………………53

1-5-3 طیف پیرسون موسکویچ…………………………………………………..58

2-5-3 طیف جانسوپ………………………………………………………………….59

3-5-3 طیف برت اشنایدر…………………………………………………………..61

4-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62

5-5-3 طیف نیومن……………………………………………………………………..62

فصل چهارم : سیستم های خطی یک در جه آزادی

1-4 ارتعاش آزاد نامیرا ……………………………………………………………………..63

2-4 ارتعاش آزاد میرا ………………………………………………………………………65

3-4 کاهش لگاریتمی…………………………………………………………………………70

فصل پنجم:اطلاعات مساله و تحلیل سکوی نیمه شناور خرپایی

1-5 معرفی مشخصات مساله…………………………………………………………………72

1-1-5- مدل تست……………………………………………………………………………….73

2-5 محاسبه نیروهای وارد بر سازه………………………………………………………76

1-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سکو به روش موریسون…………………….76

2-2-5 محاسبه نیروی surge وارد بر سازه با استفاده از تئوری تفرق…………….79  

-32-5 نیروی heave وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………………..80

4-2-5 نیروی heave  وارد بر سکو با استفاده از تئوری تفرق………………83

5-2-5 لنگر pihtch وارد بر سکو با استفاده از معادلات موریسون………..85

1-5-2-5  لنگر ناشی از نیروی surge وارد بر یک استوانه……………85

2-5-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave وارد بر ستون ها………………….86

3-5-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی(heave plate)…………………….86

6-2-5 محاسبه لنگر pitch با استفاده از تئوری تفرق……………………………87

1-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی surge……………………………………………….

2-6-2-5 لنگر ناشی از نیروی heave………………………………………………

3-6-2-5 لنگر ناشی از صفحات افقی…………………………………………………88

3-5 محاسبه حرکت سازه(RAO) تحت موج تکی……………………………………..89

1-3-5 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)…………………………………91

فصل ششم: ارائه نتایج و بحث در آنها

1-6 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 ………………96

5-6 پاسخ حرکتی سازه در جهت pitch به موج با دامنه واحد………………..98

6-6تحلیل سازه برای موج های تصادفی…………………………………….99

1-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت heave ………………………..

2-6-6طیف پاسخ سازه برای حرکت در جهت pitch…………………………

7-6 نتیجه گیری…………………………………………………………………….104

8-6پیشنهادات برای ادامه کار…………………………………………………105

چکیده:

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 معرفی

1-1- پیشگفتار

با توجه به اهميت انرژي‏‏‏هاي فسيلي در دنياي امروز و نقش‏آفريني اين نوع انرژي در تمام مناسبات جهان، مساله استخراج آن يكي از موضوعات مهم تكنولوژي روز دنيا مي باشد.همچنين پايان پذيري منابع فسيلي و محدود بودن ذخاير آن، باعث توجه به ذخايري شده است كه تاكنون بهره برداري از آنها صرفه اقتصادي نداشته است. يكي از مهم‏ترين اين ذخاير، ذخاير انرژي مدفون در كف درياهاست. لذا دانشمندان در طول قرن گذشته روش‏هايي را جهت استخراج از كف درياها ارائه داده‏اند. حركت علمي كه در اين راستا در غرب آغاز شده است اكنون داراي تاريخچه‏اي بيش از یک قرن است و با توجه به موقعيت حساس كشور ما در اين برهه زماني و برخورداري از منابع غني انرژي هاي فسيلي در درياهاي شمال و جنوب كشور، كسب اين تكنولوژي به يكي از رئوس برنامه علمي كشور تبديل شده است. نكته قابل توجه در اين باره، لزوم استفاده از روشهاي اقتصادي و سيستم هاي بهينه استخراج مي باشد كه در دنياي رقابتي امروز امري اجتناب ناپذير مي‏نمايد.

جهت استخراج نفت و گاز از كف درياها، كاربردي ترين روش شناخته شده، استفاده از سكو است. اين نوع سازه طي عمر هفت دهه‏اي خود تحولات بسياري را در سيستم سازه‏اي و قابليت بهره برداري از سر گذرانده است.در ابتدا اين نوع سازه در آب‏هاي كم عمق و به صورت خرپايي ساده مورد استفاده قرار گرفت و طي زمان، تكامل سازه در راستاي استفاده در آب‏هاي عميق و كاهش هزينه‏هاي ساخت مورد توجه قرار گرفت. به علت افزايش بسيار زياد هزينه احداث سكو‏هاي ثابت با افزايش عمق، نوع جديدي از سكو‏هاي دريايي با نام سكوي نيمه شناور مطرح شد كه داراي مزاياي اقتصادي و كاربردي قابل توجه‏اي مي باشد. سير تكامل كلي سكو‏ها و به خصوص نوع خاصي از آنها را (سكوي نيمه شناور خرپايي) به صورت كامل در فصل يك شرح خواهيم 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 اين پروژه سعي شده است اصول آناليز يك سكوي نيمه شناور خرپايي مورد بررسي قرار گيرد و با شناسايي و مقايسه تئوري هاي موجود جهت محاسبه ي بارهاي وارد بر سازه، برداشت جامعي از چگونگي آناليز يك سكوي نيمه شناور خرپايي ارائه شود. در اين راستا از تئوري هاي موريسون و ديفركشن خطي جهت محاسبه‏ي نيروي موج و از تئوري موج ايري براي توضيح طبيعت دريا استفاده شده است كه در فصل هاي ابتدايي توضيح كلي آنها خواهد آمد. نتايج محاسباتي پروژه با يك مدل تست نيز معتبر سازي شده است و در پايان شاهد بحث در نتايج و مقايسه آنها خواهيم بود.

1-2- روش تحقیق

در اين تحقيق ابتدا نيرو‏هاي وارد بر سكوي نيمه شناور خرپايي ناشي از موج، توسط تئوري هاي موريسون و ديفركشن خطي براي درجات آزادي غير وابسته‏ي surge ، heave و pitch به دست مي‏آيد. سپس با استفاده از حل معادله حركت ديناميكي سكوي نيمه شناور خرپايي در درجات آزادي heave و pitch ، پاسخ سازه به موج با دامنه واحد[1](RAO) به نيرو‏ها در اين درجات به دست مي‏آيد.اين نتايج با نتايج به دست آمده از مدل تست و با يكديگر مقايسه خواهند شد. هم‏چنين طيف پاسخ سازه مورد نظر با استفاده از طيف هاي انرژي P-M و JONSWAP در درجات آزادي ذكر شده به دست مي‏آيد و مقايسه مي‏شود.

1-3- پیشینه تحقیق

افراد زيادي رفتار هيدرو‏ديناميكي يك سيلندر شناور عمودي را مطالعه كرده‏اند. هاوس (1990) يك سيلندر را در بازه kc كوچكتر از 0.01 بررسي كرد. بررسي هاي او نشان مي‏داد كه نيروي درگ به صورت خطي با سرعت نسبت دارد و ضريب درگ نيز فوق‏العاده كوچك بود. چاكرابارتي و هانا (1990) در بررسي‏هايي كه بر روي سيلندري با KC كمي بيستر از 0.01 انجام دادند، به نتايج مشابهي رسيدند. در آزمايشات آنها حركت نوساني آزاد سيلندر در جهت عمودي در خلال يك آزمايش (Decay test) مورد بررسي قرار گرفت.

هاوس و يوتس (1994) يك سيلندر عمودي را درون يك جريان قرار دادند و نشان دادند كه جريان ميرايي سيلندر را در kc هاي مشابه افزايش مي‏دهد.

درگ هيدروديناميك يك سيلندر از دو مولفه تشكيل شده است: درگ ناشي از اصطكاك و درگ ناشي از شكل. (تياگاراجان و تروش 1994)

درگ ناشي از اصطكاك به علت نيروي ويسكوزيته سيال روي سيلندر مي باشد در حاليكه درگ ناشي از شكل بر اثر جدا شدن جريان در لبه پاييني سيلندر بر اثر حركت heave ايجاد مي‏شود. در kc هاي بسيار پايين، درگ در وحله اول از نوع اصطكاكي است كه به صورت خطي با سرعت تغيير مي‏كند. همچنين درگ ناشي از شكل يك نسبت درجه دوم با سرعت دارد. آزمايشات هاوس و چاكرابارتي و هانا نشان داد كه درگ اصطكاكي قسمت كوچكي از درگ هيدروديناميك بر روي سيلندر را تشكيل مي‏دهد.

تياگاراجان و راج آزمايش‏هايي با رنج kc بزرگتر از 1 انجام دادند كه در آنها درگ ناچيز و همينطور غير خطي بود.در تمام اين حالات دمپينگ ناشي از درگ كه در اثر حركت سيلندر ايجاد مي‏شد بسيار كوچك می باشد.

توا و تياگاراجان (2003) يك ديسك با kc بالاي 0.75 را تست كردند و دمپينگ درگ بيشتري را يافتند.

هي(2003) نتايج عددي و آزمايشگاهي ارائه داده است كه به بررسي حركت heave صفحه‏هاي نازك استوانه‏اي پرداخته و مقادير دمپينگ را نشان داده است. اين مطالعات به حركت‏هاي كوچك اصلي محدود شده‏اند و براي سكوي پايه كششي به صورت موردي انجام شده است.

اطلاعات جرم اضافي بر اثر نوسان صفحات افقي در راستای عمود بر صفحه در اين متون در دسترس نيست.آزمايش‏هايي روي سكوي نيمه شناور خرپايي با صفحات افقي انجام شده و بعضي گزارش‏ها تهيه شده‏اند كه در مورد كارآيي صفحات افقي در سكوي نيمه شناور خرپايي بحث مي‏كنند.(مگي و همكاران 2003)

سكوي نيمه شناور خرپايي (TPS) يك سازه جديد شناور است كه از ادغام مزاياي سكوهاي نيمه شناور پانتوني و خرپا و پرهيز از بعضي اشكالات سكو‏هاي پانتوني ايجاد شده است. سكوي پانتوني نيمه شناور از چهار ستون شناور تشكيل شده است كه در قسمت پايين خود به پانتون هاي كف كه پايداري سازه را كنترل مي‏كنند متصل مي‏شوند. عرشه نيز در بالاي ستون‏ها قرار مي‏گيرد. اين سازه در مكان‏هاي دور از ساحل جهت حفاري و توليد به كار مي‏رود. مزاياي آن شامل فضاي عرشه زياد و همينطور بار قابل تحمل بالا مي‏باشد. در يك طراحي روتين، ستون‏ها عميق و پانتون‏ها نيز داراي حجم زياد مي‏باشند. مركز جرم اعضا پايين تر از مركز شناوري آنها قرار مي‏گيرد (حدود 4 تا 12 فوت). اين طراحي باعث كنترل دوره تناوب حركات roll و pitch سازه مي‏شود.

براي يك سكوي نيمه شناور پانتوني، تغيير مكان كلي بزرگ است و دور كردن پريود طبيعي سازه از پريود موج غالب كار مشكلي مي‏باشد. در واقع چون دمپينگ كوچك است و به صورت شديدي تناوبي، بنابراين براي سكوي نيمه شناور پانتوني نوسان در جهت heave زياد است و توسط ميرايي نيز كنترل نمي‏شود. به عبارت ديگر، ميرايي ناشي از جريان منتشر شونده، به صورت موثري در طراحي سكوي نميه شناور پانتوني براي حركت heave استفاده نشده است.

TPS (سرينيواسان 2004) جرم اضافي ناشي از صفحات افقي كه در پايين ستون‏هاي خرپايي استفاده شده‏اند را به كار مي‏گيرد و بنا بر اين از جريان منتشر شونده حول اين صفحات استفاده مي‏كند. 

1-4- خلاصه کار انجام شده

هنگام طراحي يك سازه دور از ساحل، يكي از اولين و مهم‏ترين مراحل، انتخاب روش محاسبه نيرو‏هاي موثر بر سازه مي‏باشد.يكي از روش‏هاي محاسبه نيرو استفاده از تئوري ديفركشن موج است. استفاده از فرمول تجربي موريسون (موريسون و همكاران 1950) اغلب يك روش معمول براي به دست آوردن نيروهاي وارد بر سازه‏هاي دور از ساحل است.فرمول موريسون اثرات ناشي از برگشت امواج از سطح مغروق سازه را در نظر نمي‏گيرد و ضرائب نيرو براي اعمال اين آثار به كار مي‏روند. نيروي موريسون مي‏تواند يك روش بسيار موثر براي آناليز سازه‏هاي كوچك باشد.زيرا اثرات ناشي از برگشت موج ناچيز است، اما تئوري ديفركشن براي سازه‏هاي بزرگ قابل استفاده تر است. يك جدول كمي براي تشخيص سازه هاي كوچك و بزرگ توسط چاكرابارتي ارائه شده است(1987).

در اين تحقيق از هر دو اين روش‏ها براي محاسبه‏ي نيرو‏ها استفاده شده است.تصوير كلي سازه TPS در شكل نمايش داده شده است.حركات اين سازه در جهات Heave و Pitch به دو روش موج خطي و موج تصادفي آناليز شده است(با استفاده از فرمول  موريسون و تئوري ديفركشن خطي). سپس اين نتايج با نتايج  به دست آمده از مدل تست مقايسه شده‏اند. مدل تست طي مقاله‏اي توسط آقاي سرينيواسان در سال 2005 تشریح شده است.

سازه حاضر براي امواج خطي در بازه تناوب 7-22 ثانيه آناليز شده است.در مرحله محاسباتي پاسخ يكه سازه (RAO) براي نيروهاي surge ، heave و pitch  به دست آمده است و هم چنين پاسخ يكه حركت سازه‏ها در جهات heave و pitch  نيز به دست آمده است. طيف JONSWAP براي موج‏هاي تصادفي نيز براي تحليل سازه تحت اثر امواج تصادفي استفاده شده است.

Response Amplitude Operation-[1]

تعداد صفحه : 126

قیمت : 17300تومان

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 :        ———- ****       [email protected]

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.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران