پایان نامه بررسی تأثیر پیش بارگذاری بر روی عضو سازه جاكت حین ضربه كشتی

پایان نامه بررسی تأثیر پیش بارگذاری بر روی عضو سازه جاكت حین ضربه كشتی

چکیده  

در گذشته رفتار اعضای لوله ای تحت اثر ضربه جانبی مورد بررسی نسبتاً مبسوطی قرار گرفته است . اما مطالعات کمی درباره عملکرد اعضای استوانه ای پیش بارگذاری شده تحت اثر ضربه یافت می شود. از آنجا که عموماً عضو سازه ای حین برخورد همچنین بارهای دیگری (پیش بارگذاری ) را تحمل می کند، درنظر گرفتن اثرات این پیش بارگذاری (بار بهره برداری ) در تحلیل رفتار اعضای تحت ضربه بسیار مهم است .

 این پایان نامه به مطالعه عددی اثر پیش بارگذاری محوری فشاری بر روی رفتار شبه استاتیکی و دینامیکی عضو  استوانه ای تحت ضربه عرضی می پردازد. به منظور شبیه سازی پاسخ یک نمونه عضو مهاری جاکت که در معرض تصادم کشتی قرار دارد از نرم افزار المان محدود ٥.٦ ABAQUS  VER استفاده شده است . اثر ضربه کشتی به وسیله یک تیغه ضربه زننده که جرم و سرعت آن مطابق با توصیه آئین نامه های طراحی سازه های دریایی در مورد مشخصات کشتی ضربه زننده با لحاظ ضریب عدد جرمی و اثر هیدرودینامیک مدلسازی شده است . 

مقدمه

استوانه های فولادی کاربرد وسیعی در صنعت و سازه های فراساحلی دارند،که این عمدتاً به سبب عملکرد خوب آنها تحت بار محوری ، مقاومت کمتر آنها در برابر جریان سیال و کارکردن آسان با آنها در مراحل ساخت و انتقال می باشد. این اعضای لوله ای عموماً در معرض بارهای تصادفی در ضمن ساخت و نصب در حین بهره برداری قرار می گیرند. تصادفات ناشی از کشتی با پایه ها و مهاربندیهای سکوهای فراساحلی نفتی ، ضربه ناشی از افتادن وسایل روی این اعضا و یا دندانه شدگی عضو هنگام نصب سازه های دریایی نمونه هایی از این تصادفات می باشد. پیش از تمام این اتفاقات ، عموماً اعضای استوانه ای بار بهره برداری (عموماً بار محوری ) را تحمل می کنند. مقدار و نوع این بار، تأثیر زیادی در برآورد خصوصیات دینامیکی یا ظرفیت باربری این اعضا دارد. 

اثرشرایط مرزی

در تحقیق عددی Zeinoddini و همکاران در سال ١٩٩٩ لوله هایی تحت ضربه با سه نوع شرط مرزی مطابق شکل زیر در نظرگرفته شده است [١٩] .

1) در این شرایط تکیه گاهی به استوانه اجازة لغزش طولی داده می شود، نیز در یک انتها مجاز به دوران می باشد. لذا مفصل های پلاستیک و عملکرد غشایی طولی در تکیه گاهها ایجاد نمی  گردد.

٢) دیافراگم صلبی به هر انتها اضافه می شود، از حرکت در راستای طولی جلوگیری نمی شود،  اما صلبیت خمشی خوبی برای جلوگیری از دوران انتهای استوانه فراهم می کند.

٣) در اینجا انتهای استوانه قادر به چرخش و یا لغزش نمی باشد. لذا ممانهای پلاستیک کامل و  نیروهای غشائی افقی در هر دو انتهای عضو گسترش می یابند. 

فرورفتگی موضعی جداره عضو مورد اصابت

آسیب دیدگی موضعی در دیواره لوله به نوع برخورد، نسبت  قطر به ضخامت ، نسبت طول لوله به قطر و نیز فاصله محل از نقطه برخورد بستگی دارد. برای یک کشتی با جرم و سرعت ثابت در هنگام برخورد از جلو، به دلیل شکل گوه ای و تیزتر آن نسبت به برخورد از پهلو، نیروی متمرکزتری را وارد می سازد و بنابراین جذب انرژی موضعی متناظر با آن (در عضو ضربه دیده ) بیشتر خواهد بود. 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                                                       صفحه

چکیده ...............................................................................................................................................١

مقدمه .................................................................................................................................................٣ 

فصل اول : کلیات

١-١-بیشینه تحقیق .............................................................................................................................٦

١-١-١-برخورد کشتی با سکوهای دریایی از دیدگاه آئین نامه ها.....................................................٦

١-١-٢-مکانیسم تصادف ...................................................................................................................٧

١-١-٣-فرورفتگی موضعی جداره عضو مورد اصابت .........................................................................١٠

١-١-٤- اثر شرایط مرزی ...................................................................................................................١٢

 ١-٢- اثر پیش بارگذاری ...................................................................................................................١٣

١-٢-١-کارهای قبلی انجام شده بر روی استوانه تحت اثر پیش بارگذاری به روش آزمایشگاهی ........ ١٣

١-٢-٢-کارهای قبلی انجام شده بر روی استوانه تحت اثر پیش بارگذاری  به روش عددی ................١٤

١-٣- بررسی کارهای انجام شده در زمینه سکوهای ثابت دریایی تحت اثر ضربه کشتی ......................١٨

١-٤-نتیجه گیری ...............................................................................................................................٤٢ 

فصل دوم : نرم افزار المان محدود ABAQUS  و مبانی مدلسازی

٢-١-روشهای مختلف طراحی سکوهای دریایی تحت اثر ضربه کشتی ...............................................٤٥

٢-٢-آشنایی با نرم افزار المان محدود ABAQUS............................................................................47

٢-٢-١-المانهای موجود در نرم افزار  ABAQUS..............................................................................48

٢-٢-١-١- المانهای پیوسته (Continum Elements) .......................................................................٤٨

٢-٢-١-٢- المانهای سازه ای (Structural Elements) .....................................................................٤٩

٢-٢-١-٣- المانهای لختی (Interia Elements) ...............................................................................٥١

٢-٢-١-٤- المانهای واسط (Connector Elements) .......................................................................٥١

٢-٢-٢-تماس (Contact)  در مدلهای المان محدود (FE)...................................................................52

٢-٢-٢-١-المانهای نوع GAP ...........................................................................................................٥٤

٢-٢-٢-٢-المانهای نوع INTER ......................................................................................................٥٤

٢-٢-٢-٣-المانهای نوع IRS ............................................................................................................٥٥

٢-٢-٢-٤-المانهای نوع ISL ............................................................................................................٥٥

٢-٢-٣-تقسیم بندی آنالیزها .............................................................................................................٥٦

٢-٣-مبانی مدل المان محدود استفاده شده در این تحقیق ...................................................................٥٩

٢-٤-نتیجه گیری ...............................................................................................................................٦٢ 

فصل سوم : مدل کردن ضربه کشتی به روشهای شبه استاتیکی و دینامیکی تحت پیش بارگذاریهای مختلف محوری

٣-١- مبانی تحلیل شبه استاتیکی .........................................................................................................٦٤

٣-٢- مبانی تحلیل دینامیکی ..............................................................................................................٦٨

٣-٢-١-روشهای آنالیز دینامیکی ...................................................................................................... ٦٩

٣-٣-مدل کردن ضربه کشتی به روش شبه استاتیکی ..........................................................................٧٩

٣-٣-١-بررسی صحت مدل ......................................................................... ....................................٧٩

٣-٣-٢-مدل کردن ضربه کشتی تحت پیش بارگذاریهای مختلف محوری ..........................................٨٠

 ٣-٣-٣- تأثیر صلبیت اتصالات و سختی فنر محوری در پیش بارگذاری محوری ................................٨٢

٣-٣-٣-١-اثر تأثیر سختی محوری در ظرفیت تحمل ضربه جانبی .......................................................٨٣

٣-٣-٣-٢-تأثیر سختی محوری در کوتاه شدگی محوری عضو تحت ضربه .....................................٨٧

٣-٤-مدل کردن ضربه کشتی به روش دینامیکی ...................................................................... .......٨٧

٣-٤-١-بررسی صحت مدل و نتایج آن .................................................... .......................................٨٩

٣-٤-٢-مدل کردن ضربه کشتی تحت پیش بارگذاریهای مختلف محوری ........................................٩٢

٣.-٤-٢-١-حالت اول ، مدل ضربه کشتی به روش دینامیکی و اعمال پیش بارگذاری توسط فنر.........٩٣

٣-٤-٢-٢- حالت دوم ، مدل ضربه کشتی به روش دینامیکی و اعمال پیش بارگذاری به صورت ..... ..

مستقیم به انتهای لغزنده .......................................................................................................٩٩

٣-٤-٢-٣-محاسبه ماکزیمم بار ضربه عرضی در مدت سناریو برخورد.............................................١٠٢

٣-٥-نتیجه گیری .............................................................................................................................١٠٩

فصل چهارم : مطالعات پارامتریک بر روی مدل ضربه کشتی

٤-١-بررسی اثرات ضربه شبه استاتیکی  با تغییر پارامترهای هندسی .................................................١١١

٤-١-١-تأثیر نازکی عضو (بدون در نظر گرفتن سختی محوری ).......................................................١١٣

٤-١-٢-تأثیر لاغری عضو (بدون در نظر گرفتن سختی محوری ).......................................................١١٥

٤-١-٣-تأثیر تنش خمیری عضو ( بدون منظور کردن سختی محوری )..............................................١١٧

٤-٢-بررسی اثرات ضربه دینامیکی با تغییر پارامترهای هندسی .........................................................١١٩

٤-٢-١-تأثیر نازکی عضو ( با منظور کردن سختی محوری )..............................................................١١٩

٤-٢-٢-تأثیر لاغری عضو ( با منظور کردن سختی محوری ).............................................................١١٩

٤-٢-٣-تأثیر تنش تسلیم ( با منظور کردن سختی محوری )................................................................١٢١

٤-٢-٤-تأثیر نازکی عضو ( بدون منظور کردن سختی محوری )........................................................١٢١

٤-٢-٥-تأثیر لاغری عضو ( بدون منظور کردن سختی محوری ).......................................................١٣٢

٤-٣-نتیجه گیری ............................................................................................................................١٤٠ 

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

٥-١-مسئله تحقیق ...........................................................................................................................١٤٢

٥-١-١-روال انجام تحقیق ...............................................................................................................١٤٢

٥-٢-نتایج حاصل از آنالیز عضو مهاری جاکت ................................................................................١٤٤

٥-٢-١-نتایج روش شبه استاتیکی ....................................................................................................١٤٤

٥-٢-٢-نتایج روش دینامیکی ..........................................................................................................١٤٦

٥-٢-٣-مقایسه نتایج روش شبه استاتیکی و روش دینامیکی ..............................................................١٤٧

٥-٣-پیشنهاداتی برای مطالعات آتی .................................................................................................١٤٨

٥-٤-پیوست ....................................................................................................................................١٤٩ 

منابع و مآخذ

فهرست منابع فارسی .........................................................................................................................١٥٦

فهرست منابع غیر فارسی ...................................................................................................................١٥٧

چکیده انگلیسی ...............................................................................................................................١٥٩