مهندسی دریا
سال:1390 | دوره:7 | شماره:14 |تعداد مقالات:9

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 منفرد، رفتار غیرخطی خاک در نزدیکی سازه، پدیده ای 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 فام و حالتی از دریا 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، j، افزایش می یابد. 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.

در این تحقیق، دو مجموعه داده حاصل از آزمایش های پنج فرم بدنه یک زیر سطحی 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 آزمایشی دینامیکی به دست می آیند تا حدی با مقادیر همان مشتقات که از آزمایش استاتیکی به دست 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 زیر سطحی و هم به طول مدل بستگی دارند.

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 عبارتی دیگر برای طراحی یک زیر سطحی 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 زیر سطحی به دست 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.زیر سطحی SUT-2 یک زیر سطحی 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 زیر سطحی فوق مورد استفاده قرار گرفته است.در این مقاله روش تعیین ضرایب هیدرودینامیکی بدنه زیر سطحی 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 زیر سطحی SUT-2 نبوده و در بررسی و طراحی انواع وسایل و ربات های زیر دریایی قابل استفاده خواهد بود.

تاکنون روش های زیادی جهت بهبود رفتار هیدرودینامیکی این شناورها معرفی شده است، ولی اکثر این تلاش ها به صورت موردی بوده و هیچکدام 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.

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 روشهای تجربی با یک روش جدید تحلیلی محاسبه شاخص کاهش پخش بتن پرداخته شود.

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 حاضر، مدلسازی هیدرودینامیک انتقال بار بستر در حالت های انتقال جهشی و توده ای تحت اثر جریان یک طرفه توسط یک مدل دو فازه 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 اندر کنش بین فازهای میدان جریان و رسوب، نیروی پسا به عنوان ترم اندر کنش 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 میتوان 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.

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 روشهای تئوریک به همراه روشهای عددی به وسیله 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 کیلومتر 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.

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.

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 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 زمانی 1، 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.