تحلیل دینامیکی سکوی پایه کششی تحت تاثیر بار ضربه ای :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش سازه های دریائی

پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران  و با عنوانتحلیل دینامیکی سکوی پایه کششی تحت تاثیر بار ضربه ای ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران  در 101 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران  قرار گیرد.

چکیده تحلیل دینامیکی سکوی پایه کششی تحت تاثیر بار ضربه ای:

سکوهای پایه کششی از جمله سکوهای دریایی اقتصادی برای استفاده در آب های عمیق به شمار می روند. پیش بینی درست پاسخ دینامیکی سکو به بارهای محیطیدر طراحی اقتصادی و ایمن آناز اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق رفتار دینامیکی سکوی پایه کششی، تحتاثر همزمان نیروهای هیدرودینامیکی و بار ضربه ای بررسی شده است.بارهای ضربه ای به صورت  مستطیلی، نیم سینوسی، مثلثی و نیم مثلثی و در زوایای مختلف نسبت به جهت موج(جهت surge ) در نظر گرفته شده اند. مقدار حداکثر و همچنین زمان اعمال این بارها برابر بوده و محل اعمالشان برستون کناری و در اعماق مختلف نسبت به سطح آزاد می باشد.نیروهای هیدرودینامیکی با استفاده از معادله موریسن اصلاح شده بدست آمده اند و برای محاسبه سینماتیک ذرات آب از تئوری غیرخطی استوکس مرتبه پنجم استفاده شده است.

علاوه بر این در این تحقیق تاثیر عوامل متعددی نظیر وابستگی درجات آزادی، جابجایی های بزرگ سکو، نوسان سطح آزاد آب و حضور عبارت مرتبه دوم سرعت در نیروی درگ، که باعث غیرخطی شدن مسئله می شوند، در نظر گرفته شده اند. برای حل معادلات غیر خطیحرکت سکو در حوزه زمان از روش عددی رونگه-کوتا مرتبه چهارم استفاده شده است. نمودار پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف بر حسب زمان رسم شده است.

بر طبق این نتایج، بار ضربه ای مستطیلی در بین بارها بیشترین تاثیر را در افزایش پاسخ سازه دارد. با افزایش زاویه بارگذاری ضربه ای، پاسخ در درجات آزادی sway و roll افزایش و در سایر درجات آزادی کاهش می یابد و همچنین اگر بار ضربه ای در عمق بیشتری نسبت به سطح آزاد به ستون ها وارد شود پاسخ سکو در درجات آزادی roll و pitch افزایش زیادی می یابد و این در حالی است که در سایر درجات آزادی تغییری در مقدار پاسخ سکو مشاهده نمی شود.

 دلایل بررسی و هدف کلی پایان‌نامه

با توجه به وجود منابع بسیار عظیم انرژی در بستر دریاها و اقیانوس ها اهمیت کشف و بهره برداری از این منابع مشهود می باشد. با کاهش ذخایر انرژی در اعماق کم، اکتشاف و تولید نفت در آب های عمیق چالش بزرگی در صنعت فراساحل می باشد. میادین نفتی و گازی جدیدی در مناطق با عمق بسیار زیاد کشف شده است. بسیاری از این میادین کوچک بوده و توسعه اقتصادی آن ها با توجه به تکنولوژی حاضر با تردید همراه است. تلاش برای تولید و برداشت نفت و گاز از چنین میادینی به دهه ی هفتاد میلادی بر می گردد. استفاده از سازه های ثابت برای چنین مناطقی به شدت غیر اقتصادی می باشد. دلیل این امر این است که افزایش عمق آب و به دنبال آن شرایط نامساعدتر آب و هوائی، ابعاد فیزیکی سازه های ثابت را برای فراهم کردن سختی و مقاومت مورد نیاز به شدت بالا می برد. در چنین شرایطی راه حل مهندسی، استفاده از سکو های شناور ودسته ديگري از سكوهایمعروف به سكوهاي تطبيقي[1]است. سکوهای تطبیقی را می توان به صورت تلفیقی از سکوهای ثابت و شناور فرض کرد. این نوع سکوها توسط مهارهای عمودی به بستر دریا متصل می شوند. در نتیجه رفتاراين سكوها در برابر نيروهاي عمودي شبيه به سكوهاي ثابت بوده ولي در برابر نيروهاي جانبي مانند سکوهای شناور می توانند از دامنه نوسان زیادی برخوردار باشند [1,2].

سکوی پایه کششی[2] که به طور خلاصه به آن TLP گفته می شود یکی از انواع سکوهای تطبیقی می باشد که در چند دهه ی گذشته در بسیاری از میادین آب عمیق دنیا به عنوان سکوی حفاری و استخراج نفت وگاز به کار گرفته شده است. این سکو به صورت قائم مهار می شود و سیستم مهاری آن شامل چندین لوله ی فولادی قائم می باشد. این لوله ها در هر گوشه از ستون های TLP واقع شده اند و به صورت عمودی تا کف دریا امتداد یافته اند. در اصطلاح فنی به این لوله ها تندون[3] گفته می شود. این سکو طوری نصب می شود که نیروی شناوری آن از وزنش بیشتر شود و در نتیجه مهارها همیشه در کشش باقی بمانند. این سکو برای استفاده در آب عمیق بسیار مناسب است و دلیل این امر هزینه بالای استفاده از سکو های ثابت در این شرایط می باشد. لازم به ذکر است که جابجائی بدنه ی سکو و سختی محوری تندون ها به گونه ای انتخاب می شود که پریود طبیعی حرکت انتقالی و حرکـت زاویه ای قائم سکو کوچک و یا به عبارتی پایین تر از پریـود غالب موج قرار گیرد[1]. شاید مهمترین مزیـت سکوی TLP مقید شدن حرکت قائم سکو می باشد که این امر در دوام و همچنین نگهداری و مراقبت رایزرها، چاهای نفت و مهارها بسیار موثر است[3].

سکوی پایه کششی باید به طور ایمنی نیروی ناشی از عوامل محیطی نظیر موج، باد، جریان را تحمل کند. علاوه بر نیروهای ذکر شده، نیروی ناشی از ضربه نیز باید در تحلیل دینامیکی این نوع سکو مد نظر قرار گیرد.

نیروهای ناشی از ضربه کشتی ها به سکو و یا برخورد اجسام بزرگ دریائی نظیر کوه یخ، مثال هایی از بار ضربه ای می باشند که اگرچه احتمال اعمالشان نسبت به سایر بارها کمتر است ولی این نیروها نیز به نوبه ی خود می توانند تأثیر بسزائی در پاسخ سکو ایجاد کرده و پایداری آن را تحت الشعاع قرار دهند[4].

هدف اصلی تحقیق حاضر، بررسی رفتار دینامیکی سکوی پایه کششی مربعی در مقابل بارهای ضربه ای و در حضور بار امواج منظم و جریان می باشد. برای انجام این کار ابتدا معادلات حرکت حاکم بر رفتار دینامیکی سکو بدست می آید. این بخش شامل محاسبه ی ماتریس های جرم و جرم اضافی، میرائی، سختی و بردار نیروهای خارجی وارد بر جسم می شود. نهایتاً با حل معادلات حرکت، پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف بدست می آیند و از روی این پاسخ ها، تنش دینامیکی موجود در پایه های کششی سکو نیز بررسی می شوند.

در این پایان نامه در فصل اول به معرفی کار انجام شده و هدف از انجام پروژه پرداخته شده است و پیشینه ای از تحقیقات انجام شده در زمینه TLP بیان گردیده است. در فصل دوم مختصری درباره انواع سکوهای نفتی و تفاوت آنها با یکدیگر توضیح داده می شود. در فصل سوم مختصری در باره ی بارهای محیطی وارد بر سازه و همچنین انواع  بارهای ضربه ای  توضیح داده می شود. در فصل چهارم معادلات حرکت سکوی پایه کششی بدست آمده و نحوه ی حل این معادلات تشریح می شود. در فصل پنجم تاثیر خصوصیات مختلف بار ضربه ای از جمله نوع، جهت، مقدار و محل اعمال ضربه در پاسخ سکو بررسی شده است . این کار با مطالعه ی عددی برای یک سکوی پایه کششی با خصوصیات مشخص، انجام شده است. نتایج حاصله تحلیل شده و با نتایج موجود در دبیره فنی مقایسه می شوند. در انتهای این فصل نیز پیشنهاداتی جهت ادامه ی کار ارائه می شود.

فهرست مطالب

فهرست جدول‌ها نه
فهرست شکل‌ها ده
1 فصل اول: مقدمه 1
1-1 دلایل بررسی و هدف کلی پایان‌نامه 1
1-2 مروری بر تاریخچه فعالیت‌های انجام شده 3
2 فصل دوم: مختصری بر سکوهای پایه کششی 8
2-1 مقدمه 8
2-2 سكوهاي پايه كششي: 9
2-2-1 بدنه سکو: 12
2-2-2 تجهیزات روی عرشه : 12
2-2-3 پایه های کششی: 12
2-2-4 رایزرها: 12
2-2-5 فونداسیون سکو: 13
2-2-6 مزایای سکوی پایه کششی: 13
2-2-7 سکوهای TLP نصب شده در سراسر دنیا: 14
3 فصل سوم: نیروهای اعمالی به سکو 16
3-1 مقدمه 16
3-2 نیروهای ناشی از امواج 16
3-2-1 معادلۀ موریسون برای اعضای قائم 17
3-2-2 معادله موریسن با حضور نیروی ناشی از جریان 20
3-2-3 ضرایب هیدرودینامیکی 20
3-2-4 سینماتیک ذرات موج 21
3-3 بارهای ضربه ای 21
3-3-1 بار ضربه ای مستطیلی 22
3-3-2 بار ضربه ای نیم سینوسی 22
3-3-3 بار ضربه ای مثلثی 23
3-3-4 بار ضربه ای نیم مثلثی 24
4 فصل چهارم: تحلیل دینامیکی سکو 25
4-1 مقدمه 25
4-2 هندسه ی سکو 26
4-3 ماتریس جرم 27
4-3-1 ماتریس جرم فیزیکی 27
4-3-2 ماتریس جرم اضافی سکو: 28
4-4 ماتریس سختی سکو 35
4-5 ماتریس میرائی 45
4-6 بردار نیرو 46
4-6-1 محاسبه نیروهای ناشی از موج با استفاده از تئوری خطی 47
4-6-2 اثرات غیر خطی نوسان سطح آزاد: 54
4-6-3 محاسبه نیروهای ناشی از موج با استفاده از تئوری غیرخطی استوکس مرتبه پنجم 54
4-7 روش حل معادلات حرکت 55
5 فصل پنجم: نتایج 56
5-1 مشخصات اموج: 56
5-2 پاسخ سازه در درجات آزادی مختلف در مقابل نیروی امواج (بدون اعمال ضربه) 57
5-3 تاثیر نوع ضربه بر پاسخ دینامیکی سکو 59
5-4 تاثیر جهت اعمال بار ضربه بر پاسخ دینامیکی سکو 66
5-5 تاثیر محل اعمال بار ضربه بر پاسخ دینامیکی سکو 70
5-6 نتیجه گیری کلی 73
5-7 پیشنهادات جهت ادامه ی کار: 74
6 مراجع 75
پیوست 1 78
پیوست 2 81
پیوست 3 85

فهرست جدول‌ها

جدول ‏51 : مشخصات سکوی مورد مطالعه [14] 56
جدول ‏52 : حداکثر مقدار پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف 65
جدول ‏53 : حداکثر مقدار پاسخ سکو در درجات آزادی در اثر اعمال بار ضربه ای مستطیلی در زوایای مختلف 69
جدول ‏54 : حداکثر مقدار پاسخ سکو در درجات آزادی در اثر اعمال بار ضربه ای مستطیلی در قسمت انتهای عمق مغروق ستون 72

فهرست شکل‌ها

شکل ‏21 : نماي TLP و اجزای آن 9
شکل ‏22 : سکوی ETLP 10
شکل ‏23 : سکوی سی استار و سکوی موسز [21] 11
شکل ‏24 : تجهیزات روی عرشه سکو 13
شکل ‏25 : سکوهای پایه کششی ساخته شده در سراسر دنیا تا سال 2010 میلادی 15
شکل ‏31 : بار ضربه ای مستطیلی 22
شکل ‏32 : بار ضربه ای نیم سینوسی 23
شکل ‏33 : بار ضربه ای مثلثی 23
شکل ‏34 : بار ضربه ای نیم مثلثی 24
شکل ‏41 : درجات آزادی سکو 25
شکل ‏42 : مدل هندسی سکوی مورد نظر [4] 26
شکل ‏43 : نما و پلان سکو 26
شکل ‏44 : نحوه آرایش پانتون های تحتانی 28
شکل ‏45 : نحوه ی آرایش ستون ها 32
شکل ‏46 : جابجائی اختیاری در درجه آزادی 36
شکل ‏47 : جابجائی اختیاری در درجه آزادی 38
شکل ‏48 : جابجائی اختیاری در درجه آزادی 40
شکل ‏49 : جابجائی اختیاری در درجه آزادی 42
شکل ‏410 : جابجائی اختیاری در درجه آزادی 43
شکل ‏411 : شماره گذاری ستون ها و پانتون ها 49
شکل ‏51: پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف در مقابل بار امواج در مدت زمان 700 ثانیه (الف تا ج)، تنش دینامیکی (د) 57
شکل ‏52: پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف در مقابل بار امواج در مدت زمان 10 ثانیه (الف تا ج)، تنش دینامیکی (د) 58
شکل ‏53: پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف در اثر اعمال بار ضربه ای مستطیلی (الف تا ز)، تنش دینامیکی (د) 61
شکل ‏54: پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف در اثر اعمال بار ضربه ای نیم سینوسی (الف تا ز)، تنش دینامیکی (د) 63
شکل ‏55: پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف در اثر اعمال بار ضربه ای نیم مثلثی (الف تا و)، تنش دینامیکی (ز) 65
شکل ‏56: پاسخ سکو در اثر اعمال بار ضربه ای مستطیلی در زاویه 35 درجه (الف تا و)، تنش دینامیکی (ز) 68
شکل ‏57: پاسخ سکو در اثر اعمال بار ضربه ای مستطیلی در قسمت انتهای ستون (الف تا و)، تنش دینامیکی (ز) 71

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.

برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.