انتخاب صفحه

مقدمه

بسیاری از سازه های دریایی ازجمله سازه های شناور ویااعضاء استوانه ای بلند ولاغر تحت تاثیربارهای ناشی ازموج وجریان شروع به نوسان میکند.این گونه سازه های به علت قرارگیری درعمق های زیاد تحت تاثیرامواج شدید وطوفان قرار دارند.دراین شرایط باترکیب نیروهای ناشی از امواج وجریان های دریایی نیروهای هیدرودینامیکی زیادی به سازه وارد میشود.کاربردی ترین فرمول دراین زمینه فرمول موریسون میباشد.دراین فرمول ضرایب هیدرودینامیکی برای برآورد نیروی امواج،مجهولات اصلی هستند که برای مشخص کردن این ضرایب افراد زیادی ازجمله چاکرابارتی،سارپکایا و… آزمایشات زیادی انجام داده وبه نتایجی نیزرسیده اند.ولی باپیشرفت وسایل آزمایشگاهی وعلوم رایانه ای درسالهای اخیرآزمایشهای دقیقی دراین مورد انجام شده ودرشرایط مختلف نیروی وارد برسیلندر استوانه ای اندازه گیری شده است.باتوجه به لاغر بودن سازه نیروهای هیدرودینامیکی باعث تحریک وجابه جایی سازه میشوند.علاوه برنوسانات وجابجایی ها درجهت جریان،بدلیل به وجود آمدن گردابه های القایی سازه در جهت عمود برجهت جریان(جهت عرضی) نیز شروع به نوسان میکند.هرچند که این گونه نوسان ها وافزایش نیروهای وارد باعث خرابی های متعددی درگذشته شده است،اما برسری های لازم جهت برآورد نیروهای هیدرودینامیکی ناشی ازنوسان درجهت عرضی جریان کمتر صورت گرفته است ومدلهای مناسب نیز دراین زمینه ارائه نشده است.

فهرست مطالب

فصل اول:کلیات

1-4-ساختار پایان نامه

دراین تحقیق ابتدا درفصل اول مقدمه ای براهمیت نیروی امواج وجریان برسازه های دریایی بیان گردیده وسپس مروری اجمالی برکارهای گذشته خواهیم داشت.درفصل دوم به بررسی نیروی ناشی ازامواج وجریان های دریایی برسازه های لاغر پرداخته خواهد شد ودرفصل سوم فرمول موریسون،نحوه محاسبه وبسط این فرمول برای ترکیب حالتهای مختلف نوسان سیلندر به همراه امواج وجریان های دریایی بیان میگردد.درفصل چهارم ابتدا به برسری چگونگی نوسان سازه درجهت عرضی پرداخته آنگاه بااستفاده از فرضیه شبه پایدار ومدل پیشنهادی ارائه شده توسط مسی وهمکاران،آنرابرای شرایط مختلف جریان،موج وحالت توام  این دو تعمیم خواهیم داد.درفصل پنجم ازاین تحقیق،مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته دراین زمینه ومشخصات هندسی ومکانیکی وسایل آزمایش بررسی خواهد شد،که درنتیجه ترکیب کلی داده های آزمایشگاهی موجود مشخص میشود.درفصل ششم بااستفاده از مدل تعمیم داده شده برای شرایط مختلف جریان،موج وحالت توام این دودامنه وسیعی از داده های آزمایشگاهی مورد مطالعه وبررسی قرارگرفته است.تابا بررسی نتایج آزمایشگاهی ومقایسه آن بامقادیر بدست آمده ازمدل نیرو ارائه شده،ضرائب هیدرودینامیکی مناسب وبهینه مربوط به هرتست ارائه گردد.درفصل هفتم به نتایج حاصل از این تحقیق پرداخته خواهد شد وسپس پیشنهاداتی جهت کارهای بعدی ارائه میگردد.

1-1-مقدمه  3

1-2-ضرورت انجام تحقیق 16

1-3-مرور اجمالی برکارهای انجام گرفته درگذشته   17

1-4-ساختار پایان نامه      5

توزیع فشار در اطراف یک سیلندر استوانه ای شکل عمودی تحت اثر موج دریک لحظه از زمان

توزیع فشار در اطراف یک سیلندر استوانه ای شکل عمودی تحت اثر موج دریک لحظه از زمان

فصل دوم:اندرکنش هیدرودینامیکی سازه های لاغر دربرابر امواج و جریا های دریایی

2-1-مقدمه 7

2-2-لایه مرزی و بوجود آمدن گردابه ها  9

2-3-جریان اطراف اجسام غیرخط جریانی 28

جدائی لایه مرزی

جدائی لایه مرزی

فصل سوم:نیروهای وارد برسیلندر نوسان کننده براساس فرمول موریسون

3-1-تقسیم بندی سازه ازجنبه نیروهیا امواج برروی آن 33

3-2-بسط موریسون برای ترکیب حالتهیا نوسان سیلندر به همراه موج وجریان      18

3-3-سیلندر نوسان کننده درجریان 19

3-4-سیلندر نوسان کننده درمعرض امواج 19

3-5-سیلندر نوسان کننده درمعرض امواج وجریان   20

شکل شماتیک سیلندر مورد آزمایش

شکل شماتیک سیلندر مورد آزمایش

فصل چهارم:تحلیل وبررسی نوسان سیلندر درجهت عرضی

4-1-چگونگی پیدایش پدیده ارتعاش القایی گردابه ها 22

4-2-فرضیه شبه پایدار درسیلندر قائم نوسان کننده درجهت عرضی 41

4-3-1-تعمیم مدل ارائه شده برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی تحت اثر جریان  26

4-3-3-تعمیم مدل ارائه شده برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی تحت اثر موج وجریان 28

گرداب های نامتقارن در اطراف یک سیلندر استوانه ای قائم درون موج بصورت تابعی از عدد کولگان-کارپنتر

گرداب های نامتقارن در اطراف یک سیلندر استوانه ای قائم درون موج بصورت تابعی از عدد کولگان-کارپنتر

فصل پنجم:مطالعات آزمایشگاهی وداده های مورد استفاده

5-1-مقدمه

جهت بررسی اثرترکیبات مختلف ارتعاش سازه به همراه موج وجریان روی یک سیلندر استوانه ای قائم تعداد بسیار زیادی آزمایش تحت یک برنامه کامل توسط شفیعی فر درسال 1994 درآزمایشگاه هیدرودینامیک دانشگاه دلفت هلند انجام گرفت.سپس ازنتایج حاصل ازاین آزمایشات دربرسی نیروهای اینرسی،درگ ولیفت ناشی ازحالات مختلف میدان جریان استفاده گردید ونتایج نسبتا خوبی نیزبدست آمد که این نتایج درکتابی تحت عنوان Hydrodynamic Interaction Between Fluid Flow and Oscillating Slender Cylinders توسط دانشگاه دلفت منتشرگردیده است.درقسمت های بعدی این فصل مشخصات وسایل آزمایش،مشخصات کلی دستگاه مورد استفاده درازمایشات،روش ثبت اطلاعات وبرنامه انجام آزمایشات بررسی میگردند.

5-1-مقدمه 29

5-2-مشخصات هندسی ومکانیکی وسایل آزمایش 29

5-2-1-سیلندر 29

5-2-2-مخزن امواج 30

5-2-3-وسایل اندازه گیری 51

5-3-راه اندازی ونصب تجهیزات درمخزن 51

5-4-ثبت اطلاعات 5

5-5-برنامه انجام ازمایشات 53

گسترش لایه مرزی

گسترش لایه مرزی

فصل ششم:بررسی نیروهیا هیدرولیکی واردبرسیلندر نوسان کننده درجهت عرضی تحت اثرجریان وموج وترکیب هردو

6-1-مقدمه

چنانچه گفته شد دربسیاری از مواقع المان های سازه های دریایی تحت اثر جریان وایجاد گردابه های القایی شروع به نوسان درجهت عرضی میکنند.اندرکنش بین سیلندر،موج وجریان سبب میگردد که ضرایب هیدرودینامیک بدست آمده از شرایط حاضر باضرایب هیدرودینامیکی مربوط به حالت سیلندر نوسان کننده درجهت جریان بایکدیگر متفاوت باشد،لذا بررسی نیروهای هیدرودینامیکی برروی سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی حائزاهمیت میباشد.بنابراین لازم است که این حالت به صورت جداگانه مورد بررسی قرارگیرد.

6-1-مقدمه  36

6-2-تشریح روند تحلیل 36

6-2-1-اثرنیروهای اینرسی سیلندر 36

6-2-2-نقطه شروع درکوردهای نیرو 37

6-2-3-محاسبه سرعت وشتاب سیلندر 37

6-2-4-چگونگی محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی 38

6-3-بررسی نیروهای هیدرودینامیکی وارد برسیلندر نوسان کننده درمعرض جریان 38

6-3-1-پارامترهای مهم 38

6-3-2-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد درآزمایشات 39

6-3-3-مشاهدات مستقیم ازداده ها  40

6-3-4-بررسی حدود تغییرات ضرایب هیدرودینامیکی 41

6-3-5-بررسی مدل از نظرکیفی 45

6-3-6-درصدخطای RMSا 48

6-4-بررسی نیروهای هیدرودینامیکی واردبرسیلندر نوسان کننده درمعرض موج  48

6-4-1-نکاتی پیرامون جزئیات آزمایشات 49

6-4-2-پارامترهای مهم  51

6-4-3-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد درازمایشات 51

6-4-4-مشاهدات مستقیم از داده ها  52

6-4-5-بررسی حدود تغییرات ضرایب هیدرودینامیکی 53

6-4-6-برسری مدل ازنظرکیفی 56

6-4-7-مطالعه درصد خطای RMSا  59

6-5-بررسی نیروهای هیدرودینامیکی واردبرسیلندر نوسانکننده درمعرض جریان وموج    59

6-5-1-توضیحات ویژه درمورد آزمایشات    60

6-5-2-پارامترهای مهم 61

6-5-3-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد درآزمایشات 62

6-5-4-مشاهدات مستقیم ازداده ها 63

6-5-5-بررسی حدود تغییرات ضرایب هیدرودینامیکی 64

فصل هفتم:نتیجه گیری وپیشنهادات

7-1-مقدمه

درتحقیق حاضر نیروهای هیدرودینامیکی ناشی ازجریان وموج ونیزترکیب هردوبریک سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی مورد بررسی قرارگرفته است.حالت ترکیبی موردبررسی دراین تحقیق دارای پیچیدگی بسیاری میباشد که بیان آن توسط مدلهای ساده مشکل میباشد.درکار تحقیقی حاضرمدلهای مبتنی برفرمول موریسون درشرایط مختلف تعمیم داده شده اند وبرای هرحالت ضرایب هیدرودینامیکی بدست آمده اند.

7-1-مقدمه  75

7-2-نتایج مهم 75

7-2-1-نوسان عرضی سیلندر درجریان  75

7-2-2-نوسان عرضی سیلندر درموج 76

7-3-مقایسه نتایج سه حالت مختلف 76

7-4-پیشنهادات  77

فهرست منابع ومراجع  79

پیوست الف 81

پیوست ب  89


Abstract

One of the most important issues in designing mari ,coastal or offshore

structures is the prediction of wave and current forces on slender cylinders,

such forces are often considerd as dominate loading factors.

This paper discusses hydrodynamic interaction of a unit segment of a slender

vertical structures undergoing a large amplitude transfers vibrations in a

current , wave and both of them. A literature review indicated that little was

known about this particular phenomenon.

This type of modeling was found to be more satisfactory than a simpler one

using a constant lift force frequency based purely on the towing speed or

current velocity.Drag ,inertia and lift coefficient were found to have values which corresponded pretty well to those found by others for less extreme vibration conditions.


فهرست شکلها

2-1-نیروهای لیفت ومقاوم دراثرعبور جریان ازکنار یک استوانه 8

2-2-توزیع فشار دراطراف یک سیلندر استوانه ای شکل عمودی تحت اثر موج دریک لحظه از زمان 8

2-3-گسترش لایه مرزی  11

2-4-جدائی لایه مرزی  27

2-5-خیابان گردابهای فون-کارمن درحالت آرام درعدد رینولدز برابر 140      29

2-6-گرداب های نامتقارن دراطراف یک سیلندر استوانه ای قائم درون موج بصورت تابعی از عدد کولگان-کارپنتر  13

2-7-تغییرات عدد استروهال درمقابل عدد رینولدز برای یک سیلندر استوانه ای قائم در جریان 14

4-1-فرضیه شبه پایدار 24

4-2-جهت اعمال نیروهای هیدرودینامیکی برروی سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی  44

4-3-بردار سرعت نسیبی سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان   44

4-4-بردار سرعت نسبی سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج   45

5-1-شکل شماتیک سیلندر مورد آزمایش 50

5-2-مشخصات مخزن آزمایش بصورت شماتیک 51

5-3-مشخصات وفواصل تجهیزات نصب شده درمخزن برای انجام آزمایشات سیلندر با نوسانات اجباری 52

6-1-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد معرفی شده درآزمایشات سیلندر نوسانی در جریان   61

6-1-تغییرات ضریب درگ نسبت به Reov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان 63

6-2- تغییرات ضریب درگ نسبت به Reo برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان    63

6-3- تغییرات ضریب درگ نسبت به Kcov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان    42

6-4-تغییرات ضریب اینرسی نسبت به Reov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان     42

6-6-تغییرات ضریب اینرسی نسبت به Kcov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عری درمعرض جریان  43

6-7-تغییرات ضریب لیفت نسبت به Reo برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی در معرض جریان 44

6-8-تغییرات ضریب لیفت نسبت به Reov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان   44

6-9-تغییرات ضریب لیفت نسبت به Kcov برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض جریان 44

6-10-مقایسه کیفی نیروهای هیدرودینامیکی اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نوسان وجریان   67

6-11-مقایسه کیفی Frmt نیروهای اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نسوان در معرض جریان    47

6-12-مقایسه کیفی Fmean نیروهای اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نوسان درمعرض جریان 47

6-13-نمودار درصدخطای RMS برای حالت نسوان درمعرض جریان 48

6-14-مشخصات پارامترهای موج وجریان آزمایشات سیلندر تحت تاثیر موج 49

6-15-تغییرات ضریب درگ نسبت به Rewo برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج 53

6-16- تغییرات ضریب درگ نسبت به Rew برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج        54

6-17- تغییرات ضریب درگ نسبت به Kcow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج     54

6-18- تغییرات ضریب درگ نسبت به Reow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج      54

6-19- تغییرات ضریب اینرسی نسبت Rew به برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج     55

6-20- تغییرات ضریب اینرسی نسبت Kcow به برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج     55

6-21-تغییرات ضریب لیفت نسبت به Reow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج     55

6-22- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Rew برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج     56

6-23- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Kcow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرض امواج  56

6-24-مقایسه کیفی نیروهای هیدرودینامیکی اندازه گیری شده ومحاسبه شده در معرض امواج  57

6-27-نمودار درصد خطای RMS برای حالت نسوان درمعرض امواج 59

6-29-تغییرات ضریب درگ نسبت به Rew برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    85

6-30- تغییرات ضریب درگ نسبت به Reow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    85

6-31- تغییرات ضریب درگ نسبت به Reowv برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    86

6-32- تغییرات ضریب درگ نسبت به kcw برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    65

6-33- تغییرات ضریب درگ نسبت به kcow برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    66

6-34- تغییرات ضریب درگ نسبت به kcowvo برای سیلندر نوسان کننده درجهت عرضی درمعرضی امواج وجریان    66

6-36-تغییرات ضریب اینرسی نسبت به Reow برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی درمعرض امواج وجریان     67

6-37- تغییرات ضریب اینرسی نسبت به Reowv برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی درمعرض امواج وجریان     67

6-38- تغییرات ضریب اینرسی نسبت به kcw برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی درمعرض امواج وجریان     68

6-39- تغییرات ضریب اینرسی نسبت به kcow برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی درمعرض امواج وجریان             68

6-40- تغییرات ضریب اینرسی نسبت به kcowvo برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی درمعرض امواج وجریان             68

6-41-تغییرات ضریب لیفت نسبت به Rew برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          69

6-42- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Reow برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          69

6-43- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Reowv برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          69

6-44- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Kcw برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          70

6-45- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Kcow برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          70

6-46- تغییرات ضریب لیفت نسبت به Kcowvo برای سیلندر نوسانکننده درجهت عرضی در معرض امواج وجریان          71

6-47-مقایسه کیفی نیروهای هیدرودینامیکی اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نوسان،جریان وموج 72

6-48-مقایسه کیفیFrmt نیروهای اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نسوان در معرض امواج وجریان      73

6-49- مقایسه کیفی Fmean نیروهای اندازه گیری شده ومحاسبه شده درحالت نسوان در معرض امواج وجریان      73

6-50-نمودار درصد خطای RMS برای حالت نوسان درمعرض امواج وجریان 74

7-1-درصد خطای RMS برای کلیه حالتهای موردبررسی قرارگرفته  78

فهرست جداول

5-1-تعداد آزمایشات قابل قبول برای هریک از حالات میدان جریان  54

6-4-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد معرفی شده درآزمایشات سیلندر نوسانی در موج  73

6-6-مقادیر خطای RMS برای حالت نوسان در معرض امواج 59

6-7-حدود تغییرات پارامترهای بدون بعد معرفی شده درآزمایشات سیلندر نوسانی در معرض جریان و موج  83

7-1-خلاصه نتایج خطای RMS برای کلیه حالتهای مورد بررسی قرارگرفته   78


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید