فهرست مطالب

مهندسی دریا - پیاپی 14 (پاییز و زمستان 1390)

نشریه مهندسی دریا
پیاپی 14 (پاییز و زمستان 1390)

  • تاریخ انتشار: 1391/03/22
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مازیار غلامی کرزانی، علی اکبر آقاکوچک صفحه 1
    در این تحقیق برای بررسی رفتار واقعی سکوهای خود بالارو تحت اثر شرایط محیطی دریا، تحلیل دینامیکی غیرخطی با در نظر گرفتن اندرکنش بین خاک- سازه مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. برای این منظور رفتار پی های منفرد1، رفتار غیرخطی خاک در نزدیکی سازه، پدیده های ایجاد شده در مرز بین خاک و پی همچون پدیده جدایش و در نهایت رفتار غیرخطی هندسی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. سازه انتخاب شده جهت مطالعه، سکوی خود بالارویی واقع در دریای شمال می باشد که توسط نرم افزار سه بعدی عددی ABAQUS مدل سازی شده و با استفاده از برنامه ای که با زبان برنامه نویسی VBA نوشته شده است، بارگذاری شده و سپس تحلیل روی آن صورت پذیرفته است. خاک مورد استفاده در این مطالعه از نوع دانه ای با زوایای اصطکاک متفاوت می باشد و برای مدل سازی خاک از روش تیر بر روی بستر غیرخطی وینکلر (BNWF) بهره برده شده است. بارگذاری به دو صورت موج تک فام2 و حالتی از دریا3 در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهند که رفتار خمیری خاک باعث افزایش تغییر مکان ها در تراز بدنه و نشست های ماندگار غیر یکسان در زیر پی ها می شود و این رفتار خمیری با کاهش زاویه اصطکاک داخلی خاک، φ، افزایش میججیابد. همچنین پریود طبیعی سکو نسبت به 2 حالت پایه های کاملا گیردار و مفصلی متفاوت است و باعث تغییر پاسخ های دینامیکی سکو می شود.
    کلیدواژگان: سکوی دریایی خودبالارو، تحلیل دینامیکی غیر خطی، بارگذاری موج، اندرکنش خاک سازه، روش تیره بر روی بستر غیر خطی وینکلر
  • فرهود آذرسینا، کریستوفر ویلیامز صفحه 19
    در این تحقیق، دو مجموعه داده حاصل از آزمایش[های پنج فرم بدنه یک زیرسطحی متقارن حول محور طولی به منظور یافتن مشتقات نوسانی نیروی اسوی و گشتاور یاو نسبت به سرعت و شتاب اسویمورد تحلیل قرار گرفت. برای انجام این آزمایش از مکانیزم حرکت صفحه ای (PMM) در حوضچه 90 متری در موسسه فناوری اقیانوسی، موسسه تحقیقات ملی کانادا استفاده شد. نتایج نشان می دهد که مقادیر این مشتقات که از داده[های آزمایش دینامیکی بدست می[آیند تا حدی با مقادیر همان مشتقات که از آزمایش استاتیکی بدست می[آیند تفاوت دارند. به علاوه، داده های آزمایش حاصل از مانورهای دینامیکی نشان دهنده آن است که مقادیر مشتقات مذکور هم به فرکانس نوسانات اجباری مدل زیرسطحی و هم به طول مدل بستگی دارند.
    کلیدواژگان: زیرسطحی، مشتقات هیدرودینامیکی، مکانیزم حرکت صفحه ای، مانورهای دینامیکی
  • بهنام صادق زاده پراپری، محمدسعید سیف، حمید مهدیقلی صفحه 31
    در سال های اخیر استفاده از وسایل بدون سرنشین به دلیل کاهش خطرات انسانی در بخش دریا بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. بر این اساس تخمین ضرایب هیدرودینامیکی یک وسیله زیر سطحی هوشمند در مرحله طراحی بسیار مهم است. به عبارت دیگر برای طراحی یک زیرسطحی هوشمند باید قابلیت کنترل و مانور آن توسط مدلهای ریاضی دقیق مورد بررسی قرار گیرد. مدل ریاضی شامل نیروها و ممانهای هیدرودینامیکی است که به صورت ضرایب هیدرودینامیکی بیان می شوند. بنابراین جهت شبیه سازی دقیق کارکرد زیرسطحی بدست آوردن مقدار دقیق این ضرایب ضروری است.
    با اینکه در سالهای اخیر روش های عددی پیشرفت های قابل توجهی داشته اند اما هنوز هم روش تست تجربی مدل قابل اعتمادتر بوده و معمولا وسایل دریایی ساخته نمی شوند مگر اینکه مدل آن تست شده باشد.
    زیرسطحی SUT-2 یک زیرسطحی هوشمند است که در مرکز پژوهشی مهندسی دریا دانشگاه صنعتی شریف ایران طراحی و ساخته شده است. تست مدل در حوضچه کشش آزمایشگاه مهندسی دریا انجام گردیده و نتایج آن در مدل سازی دینامیکی و طراحی زیرسطحی فوق مورد استفاده قرار گرفته است.
    در این مقاله روش تعیین ضرایب هیدرودینامیکی بدنه زیرسطحی هوشمند SUT-2 به روش تست مدل و ویژگی های آن ها تحلیل گردیده است. این ضرایب می توانند برای مدلسازی دینامیکی و طراحی کنترلر هوشمند مورد استفاده قرار گیرند. روش ارائه شده محدود به زیرسطحی SUT-2 نبوده و در بررسی و طراحی انواع وسایل و ربات های زیردریایی قابل استفاده خواهد بود.
    کلیدواژگان: ضرایب هیدرودینامیکی، زیرسطحی هوشمند، مدلسازی دینامیکی، تست مدل
  • اصغر مهریزی، محمد توکلی دخرآبادی، عباس وفایی صفت، محمدسعید سیف صفحه 45
    تاکنون روش های زیادی جهت بهبود رفتار هیدرودینامیکی این شناورها معرفی شده است، ولی اکثر این تلاش ها به صورت موردی بوده و هیچ کدام از این تحقیقات منجر به ارائه یک برنامه یا روش نظام مند جهت بهینه سازی فرم بدنه این شناورها نشده است. در این مقاله تلاش شده است برای اولین بار یک برنامه مدون به منظور معرفی فرم بدنه بهینه شناور با توجه به سرعت و وزن مورد نظر ارائه گردد. با استفاده از روش نیمه تجربی سویتسکی پارامترهای هندسی بهینه شناور تندرو پلنینگ معرفی شده تا مقاومت هیدرودینامیکی کمینه شود. برای بهینه سازی هیدرودینامیکی فرم بدنه شناور تندرو، متغیرهای عرض شناور، زاویه ددرایز و طول مرکز گرانش از ترنزام و دو تابع هدف تعریف شده است. در بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک مبتنی بر روش پارتو استفاده شده است. تابع هدف اول مجموع مقاومت فشاری و اصطکاکی بر وزن و تابع هدف دوم نسبت سطح خیس شده اسپری آب بر حجم جابجایی به توان دو-سوم می باشد. قیود در نظر گرفته شده در بهینه سازی شامل محدودیت های حاکم بر روش نیمه تجربی سویتسکی، پایداری هیدرواستاتیکی، عدم ناپایداری پورپویزینگ و پایداری دینامیکی مارپیچ می باشد. در نهایت دسته جواب های بهینه ای از متغیرها برای استفاده طراحان در طراحی مفهومی شناورهای تندرو تک بدنه ارائه شده است.
    کلیدواژگان: شناور تندرو، مقاومت هیدرودینامیکی، پایداری، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک
  • علیرضا آذریون، محسن تدین، غلامرضا قهرمانی صفحه 59
    از جمله پارامترهایی که میتواند میزان انتشار یون کلراید به درون بتن را توصیف کند، ضریب انتشار یون کلراید می باشد که میتوان آنرا با کمک پروفیل یون کلر بدست آورد. با معلوم بودن این عامل میتوان پیش بینی نمود که پس از چه زمانی غلظت یون کلراید در سطح آرماتور به آستانه بحرانی میرسد. همچنین میتوان مقدار پوشش بتنی مورد نیاز روی آرماتور را تعیین نمود، بطوری که آرماتور در طول عمر مفید سازه دچار خوردگی نگردد. وابستگی زمانی و مکانی ضریب انتشار یون کلراید امری است که توسط محققین به اثبات رسیده ولی معادله دقیق این وابستگی در هاله ای از ابهام قرار دارد. در این نوشتار سعی شده است نظرات گوناگون در مورد نحوه وابستگی زمانی ضریب انتشار یون کلراید به درون بتن را بیان کرده و در پایان به مقایسه برخی از روش های تجربی با یک روش جدید تحلیلی محاسبه شاخص کاهش پخش بتن پرداخته شود.
    کلیدواژگان: شاخص کاهش پخش، قانون فیک، ضریب فشار
  • احسان کاظمی، مرتضی زنگانه، عباس یگانه بختیاری، حمید هوشنگی صفحه 71
    انتقال رسوبات بصورت بار بستر بر مورفولوژی و پایداری بستر رودخانه ها بسیار تاثیرگذار است و مدلسازی آن یکی از مسائل بسیار ضروری در مهندسی هیدرولیک به حساب می آید. انتقال بار بستر در تنش-های برشی کم تا متوسط جریان به صورت انتقال جهشی و در تنش های برشی زیاد به صورت انتقال توده ای انجام می گیرد. در مقاله ی حاضر، مدلسازی هیدرودینامیک انتقال بار بستر در حالت های انتقال جهشی و توده ای تحت اثر جریان یک طرفه توسط یک مدل دوفازه ی لاگرانژی که بر اساس روش ذره ای هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر (I-SPH) توسعه یافته مورد بررسی قرار گرفته است. در این مدل، میدان جریان و رسوبات به صورت فازهای مجزا شبیه سازی شده اند، به طوری که میدان سیال، نیوتنی و میدان رسوبات بصورت غیرنیوتنی در نظر گرفته شده-اند. برای تعریف مکانیزم اندرکنش بین فازهای میدان جریان و رسوب، نیروی پسا به عنوان ترم اندرکنش سیال-رسوب در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی میدان سرعت جریان با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که تطابق مناسبی بین آن ها وجود دارد. بنا بر نتایج حاصله می-توان گفت که مدل عددی حاضر در شبیه سازی مکانیزم انتقال رسوبات به صورت بار بستر برای حالت های انتقال جهشی و انتقال توده ای از توانایی لازم برخوردار است.
    کلیدواژگان: انتقال بار بستر، انتقال جهشی، انتقال توده ای، مدل دوفازه ی لاگرانژ لاگرانژی، روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر
  • علی کرمی خانیکی، فاطمه ضیاییان صفحه 89
    جزر و مد در خورها بدلیل تاثیر عوامل هندسی به مراتب پیچیده تر از دریاهای باز است. پدیده هایی نظیر انعکاس امواج جزر و مدی، -seiche، اصطکاک بستر و تاثیر نیروی کوریولیس باعث تغییرات عمده در تراز سطح آب می گردد، طوریکه تغییرات تراز جزر و مد در خور ممکن است تا چند برابر تغییرات جزر و مد در دریای باز برسد. در این مقاله تاثیر عوامل هندسی نظیر طول، عرض و عمق خور بر تغییرات تراز جزر و مد در داخل خور طویل ماکرو- تایدال مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بصورت خاص این تحقیق برای خور ماهشهر انجام گرفته است. در این تحقیق از روش های تئوریک به همراه روش های عددی بوسیله نرم افزار MIKE21 و اندازه گیری های میدانی بهره گرفته شده است. این تحقیق نشان می دهد که تغییر عرض خور تاثیری بر اختلاف فاز و تراز مد ندارد. همچنین کاهش عمق باعث افزایش اختلاف فاز و کاهش دامنه جزر و مد می شود، در حالیکه تغییر عمق تاثیری بر زمان مد و تراز مد ندارد. این تحقیق همچنین نشان می دهد که انتقال موج مد از دریا به داخل خور با تاخیر فاز همراه است. میزان این تاخیر فاز در نیمه عمیق کانال تقریبا 10 دقیقه بازای هر کیلومتر و در نیمه کم عمق کانال حدود 20 دقیقه بازای هر کیلو متر است. در مجموع می توان نتیجه گرفت که خور ماهشهر عموما رفتار خورهای طویل مستطیل شکل کم عمق و در قسمت دهانه، رفتار خورهای قیفی شکل را از خود نشان می دهد.
    کلیدواژگان: خور طویل، مدل سازی عددی، جزر و مد، خور ماهشهر، ماکروتایدال
  • علی عبدالعلی، مرتضی کلاهدوزان صفحه 105
    در طراحی سازه های ساحلی، محاسبه مشخصات موج انعکاس یافته از مراحل مهم طراحی محسوب می شود. از طرفی پس از برخورد موج به سازه پدیده های پیچیده ای اتفاق می افتد که باعث تغییر در بعضی از مشخصات موج و سازه (انرژی جذب شده، انعکاس موج و...) می گردد. بررسی این تغییرات در گرو تعیین مشخصات موج انعکاس یافته است، در حالیکه موج انعکاس یافته به تنهایی قابل اندازه گیری نیست. محققین روش های تحلیلی و تجربی مختلفی برای تجزیه موج حاصل از ترکیب موج برخوردی و انعکاس یافته ارائه نموده اند. یک روش تحلیلی در برآورد ضریب انعکاس، تحلیل در حوزه زمانی است. در این روش، امواجی که در دو جهت مخالف در حال انتشار هستند توسط روش گذر از نقطه صفر جدا می شوند. روش دیگر، استفاده از تحلیل فوریه سریع در تجزیه امواج ترکیبی تحت عنوان تحلیل طیفی است. در این تحقیق و با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی، نتایج حاصل از دو روش تحلیلی مذکور مقایسه شده اند. به منظور مقایسه نتایج این دو روش از اندازه گیری های تراز سطح آب انجام شده که در طی یک برنامه مدل سازی فیزیکی برداشت گردیده، استفاده شده است. نتایج مبتنی بر روش های تجزیه امواج ترکیبی، نشانگر آن است که روش تحلیل طیفی در مقایسه با روش تحلیل در حوزه زمانی، مقادیر بزرگ تری را به عنوان ارتفاع موج برخوردی و انعکاسی ارائه می کند. با این وجود، ضرایب انعکاس در هر دو روش مقادیر نزدیکی دارند. همچنین، در مقایسه با روش تحلیل طیفی، روش تحلیل در حوزه زمانی مقادیر نزدیکتری را برای ارتفاع موج برخوردی نسبت به ارتفاع موج تولیدی در مدل فیزیکی و همچنین محاسبه شده توسط تئوری موج ساز نتیجه می دهد.
    کلیدواژگان: ضریب انتقال امواج، تحلیل طیفی، تحلیل در حوزه زمانی، مدل سازی فیزیکی
  • مریم نعمتی، علی کرمی خانیکی صفحه 117
    پیش بینی مشخصات امواج در مهندسی سواحل و دریا از اهمیت بسیاری برخوردار است. در این تحقیق، پیش یابی ارتفاع موج شاخص در خلیج فارس با استفاده از روش شبکه های عصبی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور از اطلاعات ساعتی ثبت شده باد و موج بویه در منطقه عسلویه به مدت یک سال استفاده شده است. پارامتر سرعت باد در زمان ثبت ارتفاع موج و سرعت باد در ساعات قبلی به ورودی های شبکه عصبی افزوده شد و خروجی آن ارتفاع موج در فواصل زمانی1، 3، 6، 12 و 24 ساعت آینده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که روش شبکه های عصبی در پیش یابی ارتفاع موج از دقت بالایی برخوردار است و افزودن سرعت باد به عنوان ورودی های شبکه می تواند دقت پیش یابی ارتفاع موج را افزایش دهد. همچنین پیش یابی ارتفاع موج در فواصل زمانی نزدیک (1، 3 و 6 ساعت آینده) با دقت بالاتری انجام می شود. روش شبکه های عصبی با روش درخت های تصمیم رگرسیونی مقایسه شده است و نتایج آن حاکی از نزدیک بودن دقت پیش یابی ارتفاع موج در دو روش می باشد.
    کلیدواژگان: پیش یابی، موج، شبکه های عصبی مصنوعی، درخت های تصمیم رگرسیونی، خلیج فارس، عسلویه
|
  • Maziar Gholami Korzani, Ali Akbar Aghakouchak Page 1
    In order to model real behavior of jackup platforms subjected to environmental conditions, a nonlinear dynamic analysis considering soil-structure interaction subject to wave loading is investigated. For this purpose, spudcans behavior, soil nolinear behavior near the structure, contact phenomena at the interface of the soil and foundation such as gapping as well as geometrical nonlinear behavior of the structure are considered. The soil which is used in this study is assumed to be granular with varying friction angles. Beam on Nonlinear Winkler Foundation method (BNWF) is a suitable model for soil media modeling. For wave loading two methods were used, monochrome wave and irregular waves representing a sea state. Results of this study show that inelastic behavior of the soil causes an increase in displacement at hull elevation and permanent unequal settlement in soil below the foundations which is increased by decreasing friction angle of soil. In fact spudcans and the underlying soil cause a relative fixity at support of the platform which changes dynamic response of structure compared to the case where the structure is assumed to have a fixed support.
  • Farhood Azarsina, Christopher Williams Page 19
    In the present research, two sets of data were analyzed for the purpose of obtaining the oscillatory derivatives of the sway force and yaw moment with respect to the sway velocity and sway acceleration. The results of the analysis show that the values of the derivatives which were calculated from the dynamic test data are somewhat different from the values of the same derivatives which were calculated from the static yaw test data. Moreover, the test data from the dynamic manoeuvres show that the values of these derivatives depend both on the frequency of the forced oscillations and hull length.
  • Behnam Sadeghzadeh Parapari, Mohammad Saed Seif, Hamid Mahdigholi Page 31
    In recent years, unmanned vehicles have intensively been developed to reduce human dangers for marine applications. Predicting the hydrodynamic coefficients of an autonomous underwater vehicle is important during the vehicle’s design phase. In other words to design an AUV, one must clarify its maneuverability and controllability based on a mathematical model. The mathematical model contains various hydrodynamic forces and moments expressed collectively in terms of hydrodynamic coefficients. Therefore, the correct values of the coefficients must be known to precisely design the controller of AUVs. Despite of remarkable progress in numerical analysis in recent years, But the experimental methods test modes is still more reliable. No marine vehicle will be manufactured unless its model been tested clearly first. SUT-2 is an AUV, being developed by Marine Engineering Research Center Sharif University of Technology in Iran. Model test done into marine engineering laboratory towing tank. In this paper hydrodynamic coefficients calculated with model test of autonomous underwater vehicle and hydrodynamic forces analyzed. This coefficients are used for dynamic modeling and autonomous controller design.
  • Asghar Mehrizi, Mohammad Tavakoli Dakhrabadi, Abbas Vafaee Sefat, Mohammad Saed Seif Page 45
    So far many case-study researches have been undertaken to propose suitable models for hull optimization of planning high-speed crafts. In this paper a systematic and generic method is illustrated for the first time to introduce the optimized hull form of craft considering the desired speed and weight. Using semi-empirical Savitsky's method, optimal geometrical parameters of planning high-speed craft are defined to minimize the hydrodynamic resistance. Of course some variants i.e. beam, deadrise and the distance of center of gravity to transom and two objective functions are introduced for hull optimization via Pareto-based genetic algorithm. The first objective function is the ratio of pressure and frictional resistance summation to displacement and the second one is the ratio of water spray's wetted area to displacement volume powered two-thirds. Optimization involves constraints such as: governing limitations on Savitsky method, hydrostatic stability, proposing instability and corkscrew dynamic stability. Finally a bunch of variants optimal quantities are presented to be applied in conceptual designing of high-speed monohull crafts.
  • Alireza Azarioon, Mohsen Tadayon, Gholamreza Ghahremani Page 59
    Diffusion coefficient is one of the parameters which can describe the rate of chloride ion diffusion in concrete. This can be obtained by the chloride ion profile. By determining this factor,one can predict when the chloride ion concentration on the reinforcement surface reaches a critical value,and the cover tickness which is needed for preventing corrosion. Time and distance dependency of chloride ion diffusion coefficient has been proved by researchers,but the exact equation of dependency is ambiguous. In this paper,Researchers try to collect the various opinions about the quality of chloride ion diffusion time-dependency and then compare the experimental approaches with a new analytical approach to calculate diffusion decay index.
  • Ehsan Kazemi, Morteza Zanganeh, Abbas Yeganeh, Bakhtiary, Hamid Houshangi Page 71
    Bed-load transport is effective on river bed stability and Morphology. Therefore, modeling this phenomenon is very important in the field of hydraulics engineering. Bed-load transport occurs by saltation at low to medium shear stress and by sheet-flow at high shear stress. In the present paper, the hydrodynamics of transport in thesaltationand sheet-flow regimes under unidirectional flow is studied using a Lagrangian model based on I-SPH method. The fluid and sediment phases are modeled separately as Newtonian and non-Newtonian fluids respectively. Fluid-sediment interaction is modeled using drag force to define interaction mechanism. To calibrate and validate the numerical model, the result is compared with experiments. There is a good agreement between them that illustrates the applicability of the present model in the simulation of both saltation and sheet-flow regimes hydrodynamics.
  • Ali Karami Khaniki, Fatemeh Ziaeyan Page 89
    Tidal behavior of esturies is more complicated than open seas. It arises from the effects of geometrical parameters. Also other parameter such as wave reflection from the end of estuaries, sieche, bed friction and coriolis forces cause the water level changes in the esturies to be several times as in the open sea. This paper evalutes the effects of gemetric parameters (such as length, wide and depth), on the tidal behaviour of macro-tidal estuaris. It was done specifically for Mahshahr estuary, located in north west of Persian Golf. This research was done by using numerical simulation and field measuements. As a result, it can be said that: wide of estuary has no effect on phase and high tide elevation in the estuary. Also reduction of water depth causes the phase increament and reduction of tide amplitude, while it has no effect on high tide elevation in the estuary. It also shows that, flood wave transformation from sea into the estuary is associated with phase lag. The amount of this lag is about 10 and 20 minutes per kilometer of the channel length in the deep part and shallow part of the estury, respectively. The results also show that Mahshar estuary to behave as a rectangular–shallow-long estuary.
  • Ali Abdolali, Morteza Kolahdoozan Page 105
    Calculation of the reflected waves against obstacles is a prominent step in designing coastal structures. In addition, a complex process occurs during wave collision with beaches or breakwaters. These processes cause wave characteristics to be (energy dissipation, reflected wave, etc.). The new wave characteristics are dependent on reflected wave height straightly which are not measureable. In other words, finding an appropriate method for identifying reflected waves is an essential part of each marine project. In recent years analytical and experimental methods have been established for the decomposition of incident and reflected waves. An analytical solution for estimation of the reflection coefficient is time domain analysis. In this method, waves which radiate in opposite directions could be separated by zero crossing method. Alternative analytical way is using fast Fourier method which is called spectrum analysis. In this paper, above methods are compared by using experimental data. Two-dimensional experimental studies are carried out in the Hydraulic laboratory of Amirkabir University of Technology (Tehran, Polytechnic) to collect appropriate time series. Results reveal that although spectrum analysis, compared with time domain analysis, allocates higher wave height for both incident as well as reflected waves, reflection coefficients are virtually same in both methods. Furthermore, evaluated incident wave height in time domain analysis is close to wave height in wave maker theory.
  • Maryam Nemati, Ali Karami Khaniki Page 117
    Prediction of wave height is of great importance in marine and coastal engineering. In this study, the performances of artificial neural networks (feed forward with back propagation algorithm) for online significant wave heights prediction, in Persian Gulf, were investigated. The data set used in this study comprises wave and wind data gathered from shallow water location in Persian Gulf. Current wind speed (u) and those belonging up to eight previous hours are given as input variables, while the significant wave height with leading time of 1-24 hour are the output parameters. Results show that the artificial neural networks can perform very well in predicting significant wave height, when shorter intervals of predictions (6 hour) were involved. Small interval predictions were made more accurately than the large interval ones. Results of artificial neural networks were compared with those of regression trees. Results indicate that error statistics of neural networks and regression trees were nearly similar