فهرست مطالب

مهندسی دریا - پیاپی 21 (بهار و تابستان 1394)

نشریه مهندسی دریا
پیاپی 21 (بهار و تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/04/09
  • تعداد عناوین: 9
|
  • محمدسعید سیف*، محمدرضا تابش پور صفحات 1-11

    سکوی پایه کششی یک نوع سکوی تطبیقی است که دارای سیستم مهار عمودی با نیروی شناوری اضافه می باشد. در این مقاله به بررسی پارامترهای تاثیرگذار در مدلسازی آزمایشگاهی یک سکوی پایه کششی پرداخته شده است. نحوه مدلسازی هندسه سکوی پایه کششی از نوع ISSC TLP بر اساس مقیاس مدلسازی آزمایشگاهی، با توجه به شرایط حوضچه کشش آزمایشگاه مهندسی دریا دانشگاه شریف و عمق آزمایشگاه جهت تامین شرایط آب عمیقتجزیه و تحلیل شده و در نهایت مدل این سکو همراه با تاندونها نصب و به آب انداخته شده است. نحوه مدلسازی پیش کشیدگی نیز از دیگر پارامترهای موثر در آنالیز آزمایشگاهی سازه های فراساحلی می باشد که در این تحقیق به آن توجه شده است. این مدل ISSC TLP در نهایتدر برابر امواج منظم با دو دامنه متفاوت در آزمایشگاهقرار گرفته و نتایج دریامانی آن در زوایای برخورد متفاوت استخراج شده است. هدف از این آزمایشها بررسی رفتار سکو در درجات آزادی مختلف و تدوین روش مناسب برای ارزیابی تجربی اینگونه سکوها بوده است.

    کلیدواژگان: سکوی پایه کششی، امواج منظم، تست مدل، تشابه فرود
  • محمدرضا امیری، کورش حجازی صفحات 13-27
    تقریبا تمامی جریان های محیط زیستی مانند جریان هایی که در دریاچه ها، مخازن، مصب رودها و اتمسفر رخ می دهند آشفته و در اغلب موارد لایه بندی شده هستند. در جریان های لایه بندی شده به دلیل حضور نیروهای شناوری، تنش های ناشی از آشفتگی ناهمسان می باشند. دقت شبیه سازی عددی این گونه جریان ها به نحوه ی اعمال ناهمسانی تنش ها در مدل آشفتگی به کار گرفته شده بستگی دارد. مدل هیدرودینامیک مورد استفاده برای حل معادلات ناویر- استوکس، مدل دو بعدی قائم WISE می باشد. در این مقاله برای مدل سازی آشفتگی از یک مدل صریح جبری تنش رینولدز به همراه یک مدل صریح جبری شار اسکالر استفاده شده است. به منظور صحت سنجی مدل جبری تنش رینولدز آزمایش های انسداد- تبادل در جریان های لایه بندی شده ی آب شور و چگال شبیه سازی شده و نتایج مربوط به گسترش، موقعیت پیشانی و سرعت جریان حاصل از مدل آشفتگی جبری تنش رینولدز با نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی و نتایج مدل آشفتگی k-ε با جملات شناوری مورد مقایسه و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. بررسی های انجام گرفته در حالت کلی نشان دهنده ی عملکرد مناسب مدل جبری تنش رینولدز و برتری نسبی آن در مقایسه با مدل آشفتگی k-ε می باشد.
    کلیدواژگان: مدل سازی آشفتگی، مدل آشفتگی صریح جبری تنش رینولدز، جریان لایه بندی شده ی آب شور و چگال، نیروهای شناوری، تنش های ناهمسان
  • سجاد حاجی زاده، محمد سعید سیف، حمید مهدیقلی صفحات 29-39
    مدلسازی مانور شناورها در مراحل ابتدایی طراحی و بهره برداری از شناور از اهمیت فراوان برخوردار است. برای تحقیق در مورد مانور پذیری شناورها، طراحی سیستم کنترل حرکات شناور و توسعه شبیه سازهای مانور شناور، داشتن مدل مانور شناور بسیار ضروری است. در طی سالیان اخیر مدلهای مختلفی از مانور شناورهای جابجایی ارائه شده که قادر هستند با تقریب مناسبی کیفیت مانور شناور را تبیین نمایند. لیکن تحقیقات در زمینه محاسبه ضرائب مانور و تست خودرانش مانور شناور اندک بوده و همچنان شبیه سازی مانور شناور با استفاده از مدلهای ریاضی حد توسعه یافتگی مناسبی ندارد. تئوری شناسایی سیستم می تواند برای بیان کردن مدل ریاضی مانور شناورها به وسیله ی سیستم داده های ورودی و داده های خروجی مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله مانور یک شناور جابجایی با مدل خودرانش بررسی شده است و با استفاده از روش شناسایی سیستم بر پایه روش فیلتر کالمن پیشرفته، ضرائب مانور آن استخراج گردیده و مانور دور زدن شناور شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از روش شناسایی سیستم با مانور تست تجربی مقایسه شده و تاثیر زاویه سکان و سرعت شناور بر دایره چرخش آن مورد بررسی قرار گرفته است. بدیهی است چنین مدلی علاوه بر تاثیری که می تواند در طراحی بهینه شناور داشته باشد، می تواند ابزار مناسبی برای توسعه روش های کنترلی و هدایت شناور نیز باشد.
    کلیدواژگان: مانور، مدلسازی، شناور جابجایی، ضرائب هیدرودینامیکی، روش شناسایی سیستم
  • آیسان جمال کیا، میرمحمد اتفاق، علیرضا مجتهدی صفحات 41-56
    پایش وضعیت سلامت سازه برای اطمینان از عملکرد درست سازه در طول عمر سرویس آن، امری ضروری می باشد. این فرآیند برای توربین های بادی شناور که در معرض شرایط بحرانی محیطی دریا قرار می گیرند، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این پژوهش عیب یابی خطوط مهاری توربین بادی شناور از نوع اسپار بر پایه پاسخ دینامیکی سازه و روش کلاس بندی فازی پیشنهاد گردیده است. به این منظور ابتدا معادلات غیر خطی حرکت سازه با استفاده از تئوری بقای مومنتم زاویه ای و قانون دوم نیوتن استخراج و شبیه سازی گردیده است. سپس تغییرات فرکانسی سازه در درجات آزادی مختلف آن به دلیل تغییرات در سفتی خطوط مهاری (عیب مفروض) به عنوان مشخصه های ورودی به سیستم فازی در نظر گرفته شده است. همچنین با تنظیم توابع توزیع احتمالی هر یک از مشخصه ها در هر یک از کلاس های عیب تعریف شده، سیستم کلاس بندی فازی آموزش داده شده است. برای اعتبار سنجی روش عیب یابی، نویز با قدرت های مختلف به مشخصه ها اضافه و درصد موفقیت عیب یابی محاسبه گردیده است. با تحلیل نتایج، مشخص می گردد که سیستم پیشنهادی قادر به تشخیص درست عیب سازه با درصد قابل قبولی می باشد
    کلیدواژگان: توربین بادی شناور، عیبیابی، شبیه سازی دینامیکی، سیستم چند جزئی سه بعدی، کلاسبندی فازی
  • فرهاد فرهادزاده، مهدی تاجداری، مهدی سلمانی تهرانی، رضا جعفری ندوشن صفحات 57-67
    به منظور کاهش هزینه ها، بهتر است که فرآیندهای ساخت قطعات بزرگ، در ابعاد کوچک، با استفاده از شبیه سازی المان محدود، پیاده سازی شده و سپس نتایج به ابعاد بزرگ جهت شبیه سازی ها و اجراء، تعمیم داده شوند. در مقاله حاضر به طراحی ابعاد و پارامترهای آزمایش شکل دهی ورق از جنس آلیاژ تیتانیوم 4-6، به روش هیدروستاتیک-سوپرپلاستیک، که فرایندی بسیار دشوار است، پرداخته شده است. ابتدا معادله ساختاری رفتار سوپرپلاستیک ماده مورد نظر در دمای °C927 ارائه و در نرم افزار اجزای محدود، آباکوس، پیاده سازی شده است. مقایسه نتایج حاصل از این معادله با نتایج تجربی موجود بر روی این ماده، نشان می-دهدکه معادله ساختاری انتخابی، رشد دانه و تنش را در نرخ کرنش و کرنش های مختلف به درستی پیش بینی می نماید. پس از بررسی تمامی پارامترهای موثر در انجام فرآیند، امکان تغییر و نسبت تغییر هر پارامتر مشخص گردیده و پارامترهای فرآیند آزمایشی بطور کامل مشخص شده اند. سپس فرآیند شکل دهی در دو اندازه واقعی و آزمایشی با نسبت کوچک شدن20 برابر، مدل سازی شده و کلیه پارامترهای هدف در دو مدل سازی با هم مقایسه گردیده اند. با مقایسه نتایج می توان گفت که با انجام آزمایش با ابعاد پیشنهاد شده می توان کلیه مشکلات انجام فرآیند و خصوصیات قطعه اصلی را پس از شکل دهی پیش بینی نمود
    کلیدواژگان: تحلیل ابعادی، آلیاژ تیتانیوم Ti، 6Al، 4V، شکلدهی داغ، هیدرواستاتیک، سوپرپلاستیک
  • محمد علی حجری، علی اکبر آقاکوچک صفحات 69-82
    عرشه سکوهای دریایی دربردارنده تجهیزات مختلف است که تحریک زلزله می تواند نیروهای بزرگی را به آن ها و سازه سکو وارد نماید. در طراحی عرشه سکوهای دریایی عمدتا اندرکنش تجهیزات و سازه در نظر گرفته نمی شود که با واقعیت عملکرد لرزه ای سازه متفاوت است. برای مطالعه این موضوع مدل 3 بعدی سکوی نمونه ای به همراه سیستم ثانویه ای که در عرشه قرار گرفته است، با نرم افزار OpenSees ساخته شده و تحت اثر شتابنگاشت های مختلف زلزله بررسی شده است. شتابنگاشت ها در دو سطح مختلف در نظر گرفته شده اند، در سطح اول سازه رفتار خطی داشته و در سطح دوم، رفتار سازه، غیرخطی شده است. مطابق با نتایج بدست آمده، در مورد سیستم های ثانویه ای که دوره تناوب پایینی دارند، میتوان از اندرکنش سازه و سیستم ثانویه صرفنظر نمود، اما با افزایش دوره تناوب سیستم ثانویه، لازم است اندرکنش این سیستم با سازه اصلی در نظر گرفته شده و اثرات زلزله بر آن ها لازم است ارزیابی شود.
    کلیدواژگان: سکوی دریایی، سیستم ثانویه، تجهیزات غیرسازه ای، تحلیل لرزه ای، اندرکنش سازه و سیستم ثانویه
  • کیومرث محمودی، مصباح سایبانی، عباس مرادی صفحات 83-94
    سیستم تحلیل دیجیتالی خط ساحلی (DSAS) پرکاربردترین ابزاری است که توسط پژوهشگران و متخصصان برای اندازه گیری نرخ تغییرات خط ساحلی مورد استفاده قرار می گیرد. عوامل متعددی ممکن است سبب بروز داده های خطا در مقادیر اندازه گیری شده توسط این ابزار شود. شناخت این خطاها و در صورت امکان بر طرف کردن آنها سبب افزایش میزان دقت نتایج حاصله می شود. ابزار DSAS فاقد چنین قابلیتی است. هدف از این مقاله، ارائه یک ماژول محاسباتی جدید برای DSAS به منظور شناسایی داده های مشکوک به خطا است. این ماژول یک فایل اجرایی است که با استفاده از نرم افزار MATLAB نوشته شده و از طریق فایل های XML با DSAS ارتباط برقرار می کند. شناسایی داده های مشکوک به خطا با استفاده از روش های آماری نمودار جعبه ای، آزمون هامپل، آزمون انحراف مطلق میانه و آزمون Z-Score انجام می شود. نتایج حاکی از عملکرد مناسب این ماژول در شناسایی خطاهای احتمالی موجود در داده ها است.
    کلیدواژگان: سوزا، تغییرات خط ساحلی، سیستم تحلیل دیجیتالی خط ساحلی (DSAS)، داده خطا، روش های آماری
  • رضا قارنگیان، مهدی شفیعی فر، روزبه پناهی صفحات 95-108
    در این مقاله، با ارزیابی عملکرد توابع توزیع جهتی استاندارد در مقایسه با توزیع جهتی میدانی موج در محدوده منطقه تنگه هرمز، نسبت به کالیبراسیون توابع استاندارد منتخب و معرفی تابع توزیع جهتی مناسب این منطقه پرداخته شده است. تابع توزیع میدانی از روی داده های میدانی ثبت شده در بازه های زمانی 10 الی 20 ماه و در عمق 25 متری در چهار ایستگاه متفاوت منطقه و پس از استخراج رخدادهای حدی (منتخب) استخراج گردیده است. ارزیابی آماری عملکرد توزیع های جهتی استاندارد بیانگر ضعف آن ها در ارائه شرایط جهتی این منطقه می باشد. بر این اساس، با متغیر در نظر گرفتن ضرایب معرفی شده در این توزیع ها و با استفاده از روش گرادیان کاهش یافته عمومی، سعی گردیده است تا خطای این مدل ها کاهش یابد. این کالیبراسیون در دو حالت وابسته به رخداد طوفان و مستقل از آن، برای سه مدل کسینوسی، پوآسون و هایپربولیک انجام شده و بهبود بدست آمده برای هر سه مدل مذکور، بیش از 60% بوده است. بدین ترتیب، می توان از هر یک از مدل های کالیبره شده مذکور، با توجه به وسعت اندازه گیری های موجود، به عنوان تقریب بهتری از تابع توزیع جهتی موج منطقه بهره برد.
    کلیدواژگان: تنگه هرمز، تابع توزیع جهتی، مدل کسینوسی، مدل پوآسون، مدل هایپربولیک
  • محمدرضا شکاری مهرآبادی، علی اکبر حکمت زاده صفحات 109-115
    موج شکن های مستغرق با هدف کنترل تغییرات مرفولوژی ساحل و حرکت رسوبات ساحلی در برابر حمله امواج ساخته می شوند. در تحقیق حاضر با استفاده از روش المان مرزی (BEM) مساله تفرق امواج برخوردی به موج شکن های صلب شیبدار و عمودی موجود در زیر سطح آب مورد تحلیل قرار گرفته است. معادله انتگرالی المان مرزی با استفاده از المانهای مرزی ثابت و خطی جهت حل معادله لاپلاس (معادله ی سیال تراکم نا پذیر) توسط یک برنامه کامپیوتری که به زبان فرترن نوشته شده است، به حل مساله مقدار مرزی می پردازد. تفرق امواج در دو نوع موج شکن شناور و مستغرق مطالعه شده است که جهت رسیدن به این هدف، مطالعه پارامتری روی ضرایب بازتاب و عبور و تغییرات تراز سطح آب تحت تاثیر شرایط مختلف موج برخوردی از جمله عدد موج، زاویه برخورد و تیزی موج، و شرایط مختلف سازه ای از جمله عرض و ارتفاع، و زاویه قرارگیری موج شکن انجام شده است.
    کلیدواژگان: روش المان مرزی، موج شکن شناور و مستغرق، بازتاب و عبور امواج
|
  • Mohammad Saeid Seif*, Mohammad Reza Tabeshpour Pages 1-11

    Tension leg platform is a compliant structure with vertical moorings and added buoyancy force. In this paper، effective parameters on experimental modeling of TLPs have been investigat. experimental modeling with correct scale factor has been done in Sharif University of Technology marine engineering laboratory test basin. deep water simulation capability were discussed and finally the model، launched in the basin. Pretension modeling is another conceptual component that could be easily analyzed. Ultimately Sea keeping results of ISSC TLP model duo to the regular laboratory waves with different heading angles and two amplitudes were extracted. The main purpose is ISSC TLP frequency response and surge beating analysis by model testing.

    Keywords: Tension Leg Platform, Regular Waves, Model Test, Froude Similitude
  • Mohammadreza Amiri, Kourosh Hejazi Pages 13-27
    Flows of natural hydro-environments are usually turbulent and mostly stratified، like the flows in lakes، reservoirs، estuaries and atmosphere to name a few. In stratified flows due to the buoyancy forces، the turbulent stresses are usually non-isotropic. Therefore the accuracy of the numerical simulations for such flows is highly dependent on the turbulence model and the implementation of non-isotropic stresses. The hydrodynamic model deployed herein is the 2DV WISE (Width Integrated Stratified Environments) numerical model. In this paper an explicit algebraic Reynolds stress model together with an explicit algebraic scalar flux model have been developed and implemented in the original hydrodynamic model. To validate the EARSM turbulence model، lock release tests have been simulated for saline and dense stratified flows. The predicted values of the evolution and the front head position of the stratified flow، and the velocity profiles simulated by EARSM model have been compared against the measured values reported in the literature and the predicted results of the buoyant k-ε model originally included in the hydrodynamic model. The comparisons indicated good performance of the EARSM turbulence model and showed its superiority compared to the k-ε turbulence model in these regions.
    Keywords: Turbulence modelling, Explicit Algebraic Stress model, Saline, dense stratified flows, Buoyancy forces, Non, isotropic stresses
  • Sajad Hajizadeh, Mohammad Saeid Seif, Hamid Mehdigholi Pages 29-39
    Ship maneuvering performance evaluation is essential for primary design stages. Ship maneuvering calculations، horizontal plane motion control and development of maneuvering simulators need a mathematical description of ship maneuvering. In the recent years، different mathematical models are suggested for maneuvering of displacement vessels that are capable of estimation of vessel maneuvers with acceptable precision. These mathematical models are based on determined hydrodynamic coefficients and their accuracy depends on the known coefficients used to solve the mathematical model. System identification methods are developed to calculate these coefficients utilizing input and output data obtained from different sources. In this paper different maneuvers are executed through free running model tests of a container ship. The hydrodynamic coefficients in the mathematical model are determined by the Extended Kalman filter method. Then the mathematical model is solved and different maneuvers are simulated by coefficients calculated from the experiments. Simulations are validated by model tests. Finally the influence of rudder angle and advance speed on turning circle is studied. The mathematical model and hydrodynamic coefficients presented in this paper can be applied for optimization of ship maneuvering performance and course control purposes.
    Keywords: Maneuvering, Modeling, Displacement Ship, Hydrodynamic Coefficient, System Identification Technique
  • Aysan Jamalkia, Mir Mohammad Ettefagh, Alireza Mojtahedi Pages 41-56
    Structural health monitoring is essential for ensuring the structural safety performance during the service life. The process is of paramount importance in case of the floating wind turbine due to the structural parts subjected to the marine environmental risky conditions. In this paper a fuzzy-based damage identification method using dynamic response of the Spar floating wind turbine has been proposed. In the first step، the nonlinear equations of motion of the floating wind turbine system derived using the theorem of conservation of angular momentum and Newton’s second law. Then the variation values of the frequency characteristics of the structure in each DOFs due to stiffness changes of mooring lines (simulated damage) are considered as input features to the fuzzy system. Also the fuzzy system was trained based on calibrating of the membership functions by defining the damage classes properly. For validating the proposed method، noise with different SNRs was contaminated to the measured features and the success rate of the damage detection was calculated. The results showed that the proposed method is able to identify the damage classes with acceptable success rate.
    Keywords: Floating Wind Turbine, Damage Identification, Dynamic Simulation, 3D Multi, Body System, Fuzzy Classification
  • Farhad Farhadzadeh Pages 57-67
    Experimental tests on superplastic forming of alloy Ti-6Al-4V with large dimensions can be quite difficult and expensive. In order to avoid the expense of manufacturing alloy sections، numerical modelling is used to simulate the alloy’s superplastic behaviour. However the results obtained from the numerical modelling need to be verified against experimental tests. In order to reduce the expense of the experiments، tests are conducted on smaller samples first and then alloy forming is simulated with larger dimensions numerically. In this article، for superplastic hydrostatic forming purposes، design procedures of Ti-6Al-4V plates as well as their experimental parameters have been studied. Superplastic constitutive equation of Ti-6Al-4V alloy at 970 C has been determined and implemented in the finite element software Abaqus. The results obtained from the numerical simulations show an excellent agreement with the existing experimental results indicating that the new equation reliably predicts the alloy’s grain growth، stress، strain and the strain rate. Investigation on the effective parameters in the superplastic forming process of the alloy provided the possibility of varying these parameters and their ratios accordingly. Thereafter the superplastic forming process was conducted for both sub and full scale alloy sections with scaling ratio of 1:20 and the effective parameters obtained from these two numerical simulations were compared. Results comparisons of experimental and numerical tests demonstrated that the conducted tests on the proposed design of alloy sections is able to overcome the difficulties associated with superplastic behaviour of Ti-6Al-4V alloy after forming.
    Keywords: Dimensional Analysis, Ti, 6Al, 4V, Hot Forming, Hydrostatic, superplastic
  • Mohammad Ali Hajari, Ali Akbar Aghakouchak Pages 69-82
    Topsides of offshore platforms contain different equipments، therefore earthquake excitation may impose large forces on them. In designing these topsides، the interaction of the secondary systems and primary structure is not usually considered، which is not realistic. In order to study this subject a 3D model of a typical platform in the Persian Gulf is constructed and analyzed، using OpenSees software، when subjected to different records. These records are scaled for two earthquake levels. In the first level the structure is in elastic condition but for the second level it behaves inelastically. According to the results، in secondary systems with low periods of vibration، structure and secondary system interactions can be neglected. But when the period of secondary system is increased، it is necessary to consider interactions effects.
    Keywords: offshore platform, secondary system, nonstructural components, seismic analysis, interaction between structure, secondary system
  • Kumars Mahmoodi, Mesbah Saybani, Abbas Moradi Pages 83-94
    Digital Shoreline Analysis System (DSAS) is the most widely used tool by researchers and experts to shoreline change rate measurements. Several factors may cause uncertain data in the measured values by this tool. Understanding these errors and fix them if possible، improve the accuracy of the results. The DSAS does not have this capability. The purpose of this paper is to present a new computational module for DSAS to identify suspected data errors. This module is an executable file that is written using MATLAB software and communicate through XML files with DSAS. Suspected data error detection is performed using statistical methods include: Box plot، Hampel’s test، Median Absolute Deviation (MAD) and Z-score test. The results show the good performance of this module to identify possible errors in data.
    Keywords: Souza, Shoreline changes, Digital Shoreline Analysis System (DSAS), Error data, Statistical methods
  • Reza Gharangian, Mehdi Shafieefar, Roozbeh Panahi Pages 95-108
    In this article by evaluating the performance of standard Directional Spreading Functions (DSFs) with those of field DSs at the Strait of Hormuz، such standard DSFs have been calibrated. Here، field DSs have been extracted considering the region extreme events based on up to 20 months field measurements at four different 25m stations. Statistical assessment of standard DSFs clearly showed their lack of accuracy. So، a calibration procedure considering their introduced coefficients as variables using generalized reduced gradient method was used. Such procedure has been implemented with and without considering the event's direction for Cosine-power، Poisson and hyperbolic DSFs. Results show a great improvement up to 60% in terms of their conformity. So، such calibrated DSFs could be used as a better approximation of wave directional distribution based on available measurements at the region.
    Keywords: Strait of Hurmoz, Directonal Spreading Function, Cosine Model, Poisson Model, Hyperbolic Model
  • Mohammad Reza Shekari, Hekmatzadeh Ali Akbar Pages 109-115
    The principle included in construction of submerged breakwater is to protect beach from morphological changes and the sediment transport against incoming waves. In the present study، boundary element method (BEM) is employed for solving the scattering problem of incident wave passing the vertical and inclined submerged breakwaters with rigid boundaries. The boundary element integral equation with constant and linear elements is used to solve the Laplace equation (for the incompressible fluids) in boundary value problems by development of a FORTRAN computer program. The diffraction of water waves has been investigated in floating and submerged breakwaters so that to gain this goal، a parametric study on the water wave reflection and transmission coefficients and the water surface elevation has been performed considering the influence of various sea states such as wave number، obliquely of waves and wave stippness، and several structural configurations such as width، depth and angle of inclination.
    Keywords: Boundary element method, Floating, submerged breakwater, wave reflection, transmission