شماره تماس مدرس جهت مشاوره و پشتیبانی آموزشی 09378825252-09155519509

 

چکیده

 

با توجه به اهمیت و نقش انرژی در رفاه، آسایش و زندگی عصر حاضر و همچنین وجود منابع عظیم سوختهای فسیلی در اعماق دریاها، اهمیت سکوهای حفاری مناسب از جمله سکوی نیمهشناور مبرهن و آشکار میگردد. یکی از آنالیزهای مهمی که باید در طراحی سازههای دریایی مورد بررسی قرار گیرد، تحلیل خستگی قطعات آن سازه میباشد. وجود بارهای تناوبی امواج، جریانات دریایی و باد در محیط دریا موجب بروز پدیده خستگی در سکوهای دریایی میشود .معمولا خستگی در جوش اتصالات یکی از عوامل مهم و شایع واماندگی سازههای دریایی میباشد. به علت وجود تمرکز تنش بالا در محل جوش اتصالات، بروز چنین رفتاری قابل توجیح است.

در این پایاننامه ابتدا اتصال مهارکننده به ستون در نرم افزار ABAQUS و با در نظر گرفتن پیشنهادات استاندارد DNV مدل میگردد. اتصال تحت نیروها و لنگرها در جهات مختلف تحلیل و ضرایب تاثیر بار برای بارگذاریهای مختلف ارائه میگردد. با ترکیب این ضرایب با تاریخچه نیروها و لنگرها، تاریخچه میدان تنش برای 8 حالت موج بدست میآید. برای صحت سنجی مدل و روند کار از تحقیق انجام شده بر روی سکوی نیمهشناور توربین بادی در دریای شمال استفاده میشود. پس از تعیین میدان تنش اتصال، به تحلیل خستگی آن پرداخته میشود. از آنجاکه نیروهای امواج باعث ایجاد تنشهای چند محوره در قسمت جوش میشوند ،ابتدا 4 روش پیشبینی عمر خستگی چند محوره شامل 9( روش بیشینه بازه تنش اصلی ،2( مدل سینس ،3( نمودار اصلاح شده وهلر و 4( مدل فیندلی با نتایج آزمایشگاهی یک اتصال ورق-لوله موجود در مراجع مقایسه میشوند .سپس با توجه به کمتر بودن جذر میانگین مربعات خطا برای مدل فیندلی، از این روش برای تحلیل خستگی اتصال مهارکننده به ستون نیز استفاده میگردد. از آنجاکه پیچیدگی نیروهای موج باعث ایجاد تنش با دامنههای متغیر میشود، از روش شمارش چرخه جریان بارانی و تجمع آسیب پالمگرن-ماینر استفاده میشود. به منظور انجام محاسبات از جمله تحلیل خستگی چند محوره و شمارش چرخه جریان بارانی یک کد در نرم افزار متلب ارائه و محاسبات به کمک این کد انجام میگیرد. در نهایت عمر اتصال ،23 سال پیشبینی میشود.

 

نتایج

در این پژوهش به بررسی و تخمین عمر در محل جوش اتصال مهارکننده به ستون سکوی حفاری نیمهشناور پرداخته شد. برای این کار ابتدا اتصال مهارکننده به ستون به همراه تقویت کننده حلقهای در نرم افزار ABAQUS با توجه به پیشنهادات استاندارد DNV مدل شد. اتصال تحت نیروها و لنگرهای مختلف وارد به انتهای مهارکننده تحلیل شد. برای انجام محاسبات 96 نقطه شامل 8 نقطه در دیواره جوش سمت مهارکننده و 8 نقطه در دیواره جوش سمت ستون با فاصله زاویهای 45 درجه انتخاب شدند. در این نقاط تنش حاد و ضرایب تاثیر بار برای تمام مولفههای تانسور تنش در 5 حالت بارگذاری محاسبه شد. پس از آن 4 مدل پیشبینی عمر خستگی چند محوره شامل 9( بیشینه بازه تنش اصلی ،2( مدل سینس ،3( روش نمودار اصلاح شده وهلر و 4( مدل فیندلی برای اتصال ورق-لوله برای 6 حالت بارگذاری مختلف با نتایج آزمایشگاهی سایر محققین مقایسه شد. برای هر مدل نمودار لگاریتمی مقایسه بین عمرهای پیشبینی شده و عمر واقعی رسم شد. جذر میانگین مربعات خطا برای حالات مختلف و حالت کلی هر 4 مدل محاسبه شد .مدل فیندلی با کمترین خطا ،دقیقترین پیشبینیها را در مقایسه با عمر واقعی نمود. در این پژوهش نیز از این مدل برای پیشبینی عمر اتصال مهارکننده به ستون استفاده شد. برای پیشبینی عمر ابتدا صفحاتی که میتوانستند طبق مدل فیندلی برای اتصالات جوشی بحرانی باشند تعیین شدند .36 صفحه در هر نقطه برای تحلیل آسیب انتخاب شدند. از آنجاکه تاریخچه تنش ناشی از بارگذاری امواج به صورت دامنه متغیر میباشد، از روش شمارش چرخه جریان بارانی استفاده شد. این روش به زبان ریاضی تبدیل و فلوچارت آن ترسیم شد. روش شمارش چرخه جریان بارانی با استفاده از الگوریتم بیان شده در نرم افزار متلب کد نویسی شد. پس از آن، در هر نقطه ابتدا تاریخچه تنش برشی و تنش عمودی روی هر صفحه برای هر حالت موج مشخص شده و با روش شمارش چرخه جریان بارانی و مدل فیندلی آسیب هر صفحه برای هر حالت موج محاسبه شده و با استفاده از قانون پالمگرن-ماینر آسیب سالیانه تحت 8 حالت موج بدست آمد. به کمک درونیابی منحنی درجه 3، آسیب سالیانه تمام صفحات در تمام نقاط تعیین شدند. نقطه و صفحه بحرانی )نقطه و صفحه با بیشترین آسیب( نیز مشخص شده و عمر اتصال 23 سال بدست آمد. به طور خلاصه میتوان نتایج این پژوهش را به صورت ذیل بیان کرد:

( تعیین ضرایب تاثیر بار برای نقاط مختلف ناحیه جوش تحت 5 حالت بارگذاری

( مقایسه 4 مدل پیشبینی عمر خستگی چندمحوره با نتایج آزمایشگاهی در حالتهای مختلف بارگذاری برای اتصال ورق-لوله

( محاسبه جذر میانگین خطا برای مدلهای مختلف بیان شده در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی

( تعیین مدل فیندلی با 342/1 =𝑅𝑀𝑆𝐸 به عنوان دقیقترین مدل

( بیان روش شمارش چرخه جریان بارانی به زبان ریاضی

( محاسبه آسیب صفحات مختلف نقاط ناحیه جوش با استفاده از مدل فیندلی، روش شمارش چرخه جریان بارانی و انباشتگی آسیب پالمگرن- ماینر

( تعیین نقطه بحرانی و پیشبینی عمر 23 سال برای اتصال مهارکننده به ستون سکوی حفاری نیمه-شناور

 

برای دریافت این مقاله و مقالات دیگر باید پکیج طلایی آموزش نرم افزار ABAQUS را دریافت نمایید.
پس از خرید در پشتیبانی پیغام بگذارید تا همکاران ما اکانت شما را برای دریافت محتوا های ویژه پکیج طلایی فعال نمایند.

دریافت پکیج طلایی