فهرست مطالب

مهندسی دریا - پیاپی 10 (پاییز و زمستان 1388)

نشریه مهندسی دریا
پیاپی 10 (پاییز و زمستان 1388)

  • 118 صفحه، بهای روی جلد: 500ريال
  • تاریخ انتشار: 1389/02/05
  • تعداد عناوین: 9
|
  • روزبه پناهی، مهدی شفیعی فر* صفحه 1
    در این مقاله، توسعه یک روش عددی به منظور ارزیابی عملکرد هیدرودینامیکی سازه های ساحلی و فراساحلی صلب ثابت یا متحرک، در جریان گذرای تک فازی یا دوفازی سیالات لزج و تراکم ناپذیر، با جزئیات ارائه شده است. برای این منظور، با انتخاب گسسته سازی حجم محدود و چیدمان هم مکان1، یک روش گام جزئی2 در حل میدان سرعت و فشار و یک روش حجمی3 در ارائه سطح آزاد پیاده شده است. دامنه محاسباتی دوبعدی، بر اساس رویکرد شبکه های روی هم4 - شامل یک شبکه زمینه5 غیریکنواخت کارتزین و یک شبکه روافتاده6 از سلول های چهار وجهی - گسسته شده است. با توسعه کد بر اساس الگوریتم و حل مسائل نمونه، صحت و دقت رویکرد ارزیابی گردیده است. بدین ترتیب، یک روش عددی قوی در حل مسائل پیچیده هیدرودینامیک، همراه با قابلیت توسعه ساده به فضای سه بعدی معرفی شده است. بدین ترتیب، امکان بررسی مسائل هیدرودینامیکی در فضای دوبعدی فراهم آمده و بر این اساس، نیاز به توسعه کد به فضای سه بعدی وجود دارد. به علاوه، اثر آشفتگی باید اضافه شود. لازم به ذکر است که در انتقال تمامی متغیرهای میدان جریان دوفازی، از یک رویکرد ساده غیربقائی استفاده شده است. دستگاه معادلات جبری حاصل از شبکه های مختلف نیز، برای هر متغیر به صورت همزمان حل شده تا کوپل قوی بین شبکه ها برقرار شود. به علاوه، ترکیب اجزاء الگوریتم حاضر متفاوت با تحقیقات پیشین بوده و کارآمد می باشد.
    کلیدواژگان: حجم محدود، هیدرودینامیک عددی، شبکه های روی هم، سطح آزاد، ضرایب برا و پسا
  • سیدمحسن صدرالسادات، مصطفی زین الدینی* صفحه 17
    خطوط لوله فراساحل معمولا به صورت غیر مدفون اجرا می شوند. دهانه های آزاد آنها ممکن است از ابتدا به علت ناهمواری بستر وجود داشته باشند و یا بعدا در اثر آبشستگی در زیر لوله ایجاد گردند. این دهانه های آزاد نقاط ضعفی برای لوله محسوب خواهند شد که ممکن است تحت نوسانات ناشی از تشکیل گردابه قرار گیرند یا واکنش های نامطلوبی به تحریک های شدید بستر نشان دهند.
    در این مقاله میزان دقت روش متداول و ساده شده جرم افزوده در مقایسه با روش دقیق تری برای مدلسازی اندرکنش آب و لوله مورد ارزیابی قرار گرفته است. در روش اخیر سیال اطراف لوله به وسیله محیط آکوستیک و به روش اجزای محدود مدلسازی شده است. هر دو نوع تحریک دینامیکی نامنظم و هارمونیک زلزله بررسی شده اند. همچنین اثر اندرکنش خاک و لوله در مرزهای دهانه آزاد در تعدادی از تحریک ها در نظر قرار گرفته است. صحت سنجی مدل های عددی ازطریق مقابله مشخصه های دینامیکی آنها با برخی روابط تحلیلی-تجربی موجود انجام پذیرفته است.
    تحلیلهای انجام شده حاکی از آن است که روش جرم اضافه عموما نتایج محافظه کارانه تری را نسبت به مدل آکوستیک ارائه کرده است. تحت تحریک های هارمونیک میزان انحراف مشاهده شده دو روش در پیش بینی حداکثر کرنش طولی لوله به حدود 60 درصد بالغ شده است. در تحریک زلزله حداکثر انحراف مشاهده شده حدود 15 درصد بوده است. تفاوت دو روش با کاهش طول دهانه، افزایش یافته و در تحریک قائم بیشتر از تحریک افقی بوده است.
    کلیدواژگان: دهانه آزاد، خطوط لوله فراساحل، زلزله، اندرکنش آب و لوله، اجزاء محدود، آکوستیک، جرم افزوده
  • امیر محجوب*، رضا غیاثی صفحه 41
    استفاده از بنادر رودخانه ای به منظور پهلو گیری کشتی ها با مشکلاتی همراه است که عمده ترین آنها رسوب گذاری و لای گرفتگی در درون این بنادر می باشد. نحوه رسوبگذاری و نشست لای در بنادر مزبور به شکل گردش آب در درون آنها بستگی دارد. در این مقاله مدل دو بعدی در پلان برای مدلسازی جریان در حوضچه ها و بنادر رودخانه ای تشریح شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال به روش حجم کنترل منقطع سازی شده و از طریق الگوی SIMPLER حل گردیده است. همچنین به منظور رفع مشکلاتی نظیر نوسان درنتایج و عدم همگرایی حل معادلات برای برخی شرایط در مدلسازی دوبعدی جریان، نتایج بدست آمده در میدان محاسباتی دو بعدی شامل عمق آب و سرعتهای محاسبه شده، با اطلاعات یک بعدی مقایسه گردیده و در صورت نیاز نتایج به دست آمده اصلاح می شود. برای اطمینان از صحت عملکرد مدل، نتایج مدلسازی جریان در بازشدگی ناگهانی کانال با نتایج معتبر مقایسه شده است که بیانگر انطباق خوبی بین نتایج است. از مدل تهیه شده برای بررسی جریان در بنادر و حوضچه های کنار رودخانه استفاده شده است. بدین منظور جریانهایی با میدان هندسی ثابت و اعداد رینولدز مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند. گردابه های تشکیل شده در مناطق مختلف حوضچه با اعداد رینولدز مختلف رسم شده و نسبت بین طول بازشدگی در رودخانه و طول گردابه ها، نشان داده شده است. با استفاده از پروفیل سرعت بدست آمده در حالات مختلف، می توان مناطقی که احتمال رسوبگذاری در آنها بیشتر است را نیز تشخیص داد.
    کلیدواژگان: جریان در پله معکوس، روش حجم کنترل، الگوریتم SIMPLER، حوضچه و بنادر رودخانه ای
  • مهدی شفیعی فر*، مهدی عجمی صفحه 57
    ارائه یک روش تحلیلی ساده و سریع برای برآورد مقدار حرکت ها و تکانهای سکوهای نیمه مغروق بر اساس مفاهیم معادله موریسون، هدف اصلی این تحقیق می باشد. امواج به صورت مایل به سکو برخورد کرده، نظریه امواج دامنه کوتاه خطی مورد استفاده قرار گرفته است. برای محاسبه ضرایب میرایی از داده ها و نتایج تجربی و برای ضریب جرم اضافه، ترکیبی از داده ها و نتایج تجربی و تئوری مورد استفاده قرار گرفته است. برای سادگی بیشتر از اثرات اندرکنش المانهای نیمه مغروق بر میدان سیال اطراف صرفنظر شده است. نادیده گرفتن اثر جریان های محیطی بر تغییر پروفیل امواج و نادیده گرفتن تاثیر طیف باد نیز بعنوان فرضیات ساده کننده دیگر لحاظ گردیده اند. با کاربرد روش پیشنهادی امکان تحلیل طیفی بسیار سریع برای تعیین پاسخ سکو در درجات آزادی مختلف بر اساس آمار حالات دریا فراهم شده است. در انتها برای نمایش قابلیت های روش پیشنهادی و بررسی صحت نتایج آن، سکوی AKER H-4-2 DP مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از تحلیل توسط نرم افزار MOSES مقایسه گردیده اند که بیانگر توافق نسبی و تقریبا قابل قبول نتایج می باشد.
    کلیدواژگان: پاسخ حرکتی، سکوی نیمه مغروق، تحلیل طیفی، روش موریسون، پاسخ حدی
  • امین محمودی، حسن افشین*، حبیب حکیم زاده، داود جلالی وحید صفحه 77
    میزان آسیب پذیری یک سازه بتنی کنار ساحل وابستگی شدیدی به محل قرارگیری بتن نسبت به تراز آب دریا دارد. در این پژوهش،به منظور شبیه سازی فیزیکی محیط دریا و فراهم کردن شرایط نگهداری نمونه ها در شرایطی مشابه شرایط دریا، کانالی سرپوشیده در ابعاد آزمایشگاهی به همراه دستگاه موج ساز با قابلیت ایجاد امواج منظم با ارتفاع و پریود موج مختلف در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه طراحی و ساخته شد. همچنین از آب دریاچه ارومیه و نگاه داشتن دمای ثابت محیط بسته کانال در محدوده 35-30 درجه سانتیگراد برای فراهم نمودن محیط دریایی خورنده شدید استفاده گردید. نمونه های بتن مسلح و غیر مسلح با نسبت های آب به سیمان عیار های سیمان متفاوت و با استفاده از میکروسیلیس به عنوان ماده افزودنی ساخته شدند و در موقعیت های محیطی متفاوت مغروق، جزر و مدی، پاششی، اتمسفری، محیط آزاد آزمایشگاه و حوضچه عمل آوری آب شیرین نگهداری شدند. آزمایش هایی نظیر مقاومت فشاری بتن، میزان نفوذ یون کلرید، مقاومت الکتریکی(با استفاده از مدار الکتریکی پل وتستون)، پتانسیل خوردگی(با استفاده از دستگاهHalf Cell) و شدت خوردگی آرماتور(با استفاده از دستگاه پتانسیواستات) در سنین مختلف بر روی نمونه ها انجام گرفت. عملکرد نمونه های قرار گرفته شده در نواحی مختلف نشانگر این مطلب است که، میزان شدت و سرعت خوردگی آرماتور در ناحیه پاششی بیشتر از نواحی دیگر می باشد. در ناحیه مغروق اگرچه قدرمطلق پتانسیل خوردگی آرماتورها بسیار بالا است اما به علت عدم وجود اکسیژن کافی در این محیط شدت خوردگی آرماتورهای مدفون در بتن ناچیز بوده و از نظر احتمال خوردگی در حد پایین می باشند.
    کلیدواژگان: بتن، سازه های ساحلی، شدت خوردگی آرماتور، نفوذ یون کلرید، پتانسیل خوردگی، ناحیه پاششی، ناحیه اتمسفری
  • حسن قاسمی*، احمدرضا کهنسال صفحه 89
    در این مقاله، استفاده از روش المان مرزی برای ارزیابی مشخصات هیدرودینامیکی اجسام و اثرات سطح آزاد مورد تحلیل قرار گرفته است. دو معادله از معادله انتگرالی المان مرزی و معادله حاصل از شرط مرزی فشاری کاتا بصورت همزمان حل شده است. المانهای بکار رفته در این روش از نوع ایزوپارامتریک است که هندسه المان و کمیت المان هم مرتبه و خطی است. این روش برای اجسام سه بعدی (هیدروفویل و استرات) با مقطع NACA0012 و فویل ژوخوفسکی با نسبت ضخامت 12% اعمال شده است. نتایج بدست آمده شامل توزیع فشار، نیروهای برا و پسا و الگوی امواج سطح آزاد می باشد که تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد.
    کلیدواژگان: هیدروفویل سه بعدی، سطح آزاد، توزیع فشار، ظرایب برا و پسا، الگوی امواج
  • یادداشت فنی
  • بهروز عسگریان*، علیرضا فیوض، علی شاکری تالارپشتی، حامد رحمن شکرگزار صفحه 91
    یکی از جدیدترین روش های تحلیل دینامیکی غیرخطی روش تحلیل دینامیکی افزایشی است که در آن با مقیاس کردن رکوردهای حرکت زمین، می توان کل محدوده رفتاری سازه از حد الاستیک تا حد نهایی را پوشش داد. این روش رفتار سازه را بخوبی نمایان می کند و کارایی بسیاری دارد که از جمله مهمترین آنها محاسبه عملکرد در زلزله (PBEE) بخصوص ارزیابی میانگین فراوانی سالانه (MAF) تجاوز یک سطح مشخص نیاز سازه ای (ماکزیمم نسبت انحراف میان طبقات در تمام طبقات max) یا یک ظرفیت حالت حدی مشخص (بطور مثال ناپایداری کلی دینامیکی) می باشد. در این مطالعه رفتار یک سکوی ثابت فلزی دریایی با خصوصیات رفتاری متفاوت در دو جهت بصورت جداگانه و با مدلسازی سه بعدی مورد بررسی قرار می گیرد و با بدست آوردن منحنی IDA و خلاصه سازی نتایج به بررسی رفتار سکو پرداخته می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که متفاوت بودن هندسه و سیستم جاکت در دو جهت باعث تفاوت عمده رفتار سکو در دو جهت شده و سکو نیازهای طرح را در جهتی که عرشه با استفاده از روش شناور سازی نصب شده، برآورده نمی سازد.
    کلیدواژگان: آنالیز دینامیکی افزایشی، اندازه شدت، اندازه خرابی، سکوهای ثابت فلزی، منحنی های IDA، اندرکنش شمع، خاک، سازه
  • محمدعلی لطف اللهی یقین، علیرضا مجتهدی صفحه 99
    استفاده از روش های عددی در بررسی ماهیت پدیده های طبیعی، حیطه وسیعی از علوم را به خود اختصاص داده است. به منظور بررسی عوامل موثر در مکانیسم پدیده گردابه جاری شونده، ضمن بررسی پارامترهای مربوط به هیدرودینامیک حول پایه های استوانه ای، با بکارگیری داده های تجربی مناسب و روش های آنالیز طیفی، به بررسی جریان اطراف پایه های استوانه ای واقع در معرض جریان یکنواخت آب در حالت جریان آشفته (با مد نظر قرار دادن نیروهای عرضی اعمالی به آن و فرکانس پدیده گردابه جاری شونده) پرداخته شده است. آنگاه با بررسی نحوه معرفی مناسب پارامترهای لازم برای یک نرم افزار کامپیوتری مورد استفاده در روش های مکانیک سیالات محاسباتی، شرایط آزمایشگاهی مذکور مدلسازی شده و سپس نتایج آن با داده های تجربی مفروض، مقایسه گردیده و نتیجه گیری های لازم انجام گرفته است. نهایتا با به کارگیری نتایج برنامه، به منظور بررسی نحوه ی دست یابی به داده هائی که مستقیما از اندازه گیری های تجربی مذکور حاصل نگردیده، به بررسی مکان یابی نقطه انشعاب واقع بر پایه استوانه ای، اقدام شده است.
    کلیدواژگان: جریان آشفته، عدد استروهال، گردابه جاری شونده، ناحیه دنباله، نقطه جدایی
|
  • Roozbeh Panahi, Mehdi Shafieefar * Page 1
    Development of a compatible computational fluid dynamics procedure to investigate rigid and fixed/free coastal and offshore structures hydrodynamics in a time-dependent one/two phase flow of viscous incompressible fluids is presented. Differential governing equations are discretised using finite volume approach based on a colocated arrangement. The conservation equations for mass and momentum are solved using a fractional step method. In conjunction, free surface is simulated using a volume method. An overlapping mesh system is implemented to deal with a two-dimensional computational domain including a non-uniform background mesh of Cartesian cells as well as an overset mesh of quad cells. According to the complete assessment of the code developed based on the algorithm, there is a robust tool to deal with hydrodynamics where extension to three dimensions is straightforward, as well. Although many two-dimensional problems can be solved, but the code must be developed for three dimensions. In addition, turbulence is not considered in the present formulation and left for future researches. A simple non-conservative approach to transfer all two-phase flow variables is introduced. Besides, Algebraic sets of equations extracted from different meshes for each variable are solved simultaneously to construct a strong coupling. The final algorithm is a new and appropriate combination, as well.
  • Seyed Mohsen Sadrossadat, Mostafa Zeinoddini* Page 17
    Offshore oil/gas pipelines are usually installed unburied. Free spans in the line may occur initially by an uneven seabed or be created later due to under-scouring. Free spans are usually unfavourable spots in the submarine pipeline. They are vulnerable to vortex induced vibrations, excessive stresses in the pipe wall or may exhibit undesirable responses to strong ground excitations. In this paper, the simplified/conventional added mass method for simulation of water-pipe interactions has been evaluated against a more elaborate coupled acoustic-structural model. With the coupled system the surrounding sea, the pipe body, the sea bed and the free-spanning have all been incorporated in the model. Effects from both irregular (earthquake) and harmonic excitations have been investigated. The validation of numerical models has been achieved by comparison of their dynamic characteristics to some available analytical-experimental relationships. From the results of the current investigation it was noticed that the added mass method generally predicted more conservative free spanning responses in comparison to those from the acoustic model. Under harmonic excitations, the predictions from the two models for the maximum longitudinal strain in the pipeline deviated around 60%. For irregular (seismic) excitations, this deviation came down to about 15%. The disagreement between predictions from the two methods was increasing by the decrease in the span length. The difference was more remarkable for vertical excitations as compared to the horizontal ones.
  • Amir Mahjoob*, Reza Ghiassi Page 41
    Using dead zones of rivers for berthing purpose may involve some problems of which the most serious are sedimentation and silting. These processes depend on water flow pattern in these zones. In this paper, a two dimensional depth averaged model is explained for flow modeling in river dead zones. Governing equations of fluid flow are discretised using the “Control Volume” method and solved by applying the “SIMPLER” algorithm. To reduce some instability problems such as oscillation and non-convergence of the results, two dimensional results are compared with one dimensional data and some justifications are made where necessary. To verify the model, results of the flow modeling in backward facing step have been compared with some validated data and proved efficiency of the technique. The model was then applied to simulate a river dead zone flow. A rectangular geometrical section was applied and several Reynolds numbers were considered for flow modeling. Velocity profiles and vortices are given in some positions of the zone for several Reynolds numbers. Non-dimensional vortex length variations are drawn for several Reynolds number. The locations where sedimentation may occur are predicted and discussed based on velocity profile.
  • Mehdi Shafieefar*, Mehdi Adjami Page 57
    Development of a simple fast-solving method based on the popular Morrison approach for prediction of semi-submersible's motion response is the main purpose of the current research. The oblique sea's hydrodynamic specifications are modeled using small amplitude wave theory. The velocity forces and moments have been shown to be small and are therefore neglected. The damping coefficients are obtained from experimental results while added-mass is evaluated using known experimental and theoretical data. Also the interference effects of the various volume elements of the semi-submersible on the flow field are neglected. Comparison of this approximate method shows quite a good agreement with those carried out by other researcher or softwares except for pitch motion which gives a much higher prediction. Spectral analysis is discussed in detail and is applied in predicting the short-term and long-term extreme motion response. The short-term extreme response is based on 50 and 100 years return design sea states while long-term prediction is based on the anticipated life of the semi-submersible. At the end for verification of the model and for showing the method capabilities, "AKER H-4-2 P" semisubmersible is analyzed. The approximate method results are in relatively good agreement with the output results of MOSES Ultramarine software as shown.
  • Amin Mahmoodi, Hassan Afshin*, Habib Hakimzadeh, Davoud Jalali Vahid Page 77
    The intensity of damage in concrete structures has a vital relationship to the position of concrete respect to sea level. A hydraulic model consists of a channel and a wave maker machine capable of making regular waves with various heights and periods, has been designed and constructed in hydraulic laboratory to simulate the marine environment and conditions in this research study. The Oroomiyeh lake water and controlling the temperature of channel in 30-35 °c range were used to reproduce severe corrosive marine environment. Different water/ cement ratios and different cement contents were selected for reinforcement and plain concrete specimens. Furthermore, silica fume was used as supplementary cementing material. After standard curing, these specimens were kept in different conditions: submerged, tidal, splash, atmospheric and outdoors. A series of tests such as corrosion potential measurement, electrical resistivity and reinforcement corrosion intensity, chloride ion concentration and compressive strength were carried out at different ages. In this paper, specimens, durability in different zones have been investigated. Results show that in view of corrosion the splashing zone has the worst conditions and in submerged condition, because of thin air, although corrosion potential of reinforcement is high, the rate of corrosion intensity is low.
  • Hassan Ghasemi*, Ahmad Reza Kohansal Page 89
    In this study, the boundary element method is formulated to evaluate hydrodynamic characteristics of bodies including free surface effect. The method is based on two equations, the perturbation potential boundary integral and the pressure Kutta condition, which are solved simultaneously. The method uses isoparametric elements for both quantity and geometric on the boundary. The method is first applied to two three-dimensional bodies (hydrofoil and vertical strut) of the NACA4412 profiles and symmetric Joukowski with 12% thickness. It is assumed that hydrofoil moves in constant speed. Some results of the pressure distribution, lift, wave-making drag and wave pattern are presented. It is shown that the computational results are in good agreement with the experimental measurements and other calculated values.
    Keywords: Three, dimensional hydrofoil, Free surface, Pressure distribution, Lift, drag coefficients, Wave pattern
  • Behrouz Asgarian*, Alireza Fiouz, Ali Shakeri Talarposhti, Hamed Rahman Shokrgozar Page 91
    Incremental Dynamic Analysis (IDA) is a parametric analysis method that has recently emerged in several different forms to estimate more thoroughly structural performance under seismic loads. It involves subjecting a structural model to one (or more) ground motion record(s), each scaled to multiple levels of intensity, thus producing one (or more) curve(s) of response parameterized versus intensity level. Of great interest in Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE) is the accurate estimation of the seismic performance of structures, and in particular, the mean annual frequency (MAF) of exceeding a specified structural demand or a certain limit-state capacity. In this study the behavior of a jacket type offshore platform with different characteristics in its two directions, separately and with 3D modeling considering pile-soil-structure interaction is investigated. By obtaining the IDA curves and summarizing the results, the behavior of the jacket is studied. All analyses are performed using OpenSees software. It is observed that the difference of geometry of jacket in two directions due to employing Float Over Deck (FOD) installation method, does not cause similar behavior in both directions and finally in direction with float over installation design requirement is not satisfied.
  • Mohammad Ali Lotfollahi Yaghin, Alireza Mojtahedi Page 99
    For investigation of natural phenomenon, numerical simulation has attracted considerable attention from many sciences in the engineering field. In this paper, the parameters of hydrodynamics around cylindrical structures in steady current (specially, vortex-shedding frequency which results oscillating lift force and also Reynolds number) have been described then flow regime around specified piles and its characteristics have been investigated by analysis of experimental data and power spectral density (in frequency domain) of the time series of the recorded lift forces which exerted on the piles. Then, the experimental condition of the supposed data, have been modeled numerically by CFD methods and fluent package. Output results which have been obtain form software compared with foregoing experimental data and simulating proceed have been validated. Furthermore, position of the separation point (as a function of Re), has been estimated by output of the fluent.