مهندسی دریا
سال:1398 | دوره:15 | شماره:29 |تعداد مقالات:18

دقت و قابلیت اطمینان دو معیار مهم در ارزیابی عملکرد ناوبری اینرسی با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت محسوب می شود. افزایش دقت ناوبری بدون سنسورهای کمکی و با استفاده از سنسورهای ارزان قیمت میکرو الکترومکانیکی (MEMS)، همواره به عنوان مهم ترین چالش ناوبری اینرسی مطرح بوده است. بایاس عمده ترین دلیل افزایش خطا در این سنسورها است. همچنین وقوع عیب باعث شده که قابلت اطمینان این سنسورها در ناوبری اینرسی بدون سنسور کمکی کاهش یابد. چرخاندن سنسورها و استفاده از چندین سنسور، راهکار افزایش دقت و قابلیت اطمینان در ناوبری با سنسورهای MEMS است. در این مقاله با استفاده از سه واحد IMU که بر روی یک میز دوار یک درجه آزادی قرارگرفته، دقت ناوبری اینرسی افزایش داده شده است. با میانگین گیری خروجی سه IMU، یک IMU مجازی تشکیل و پس از جبران چرخش ایجادشده بر روی آن، معادلات ناوبری حل شده است. در آخر نیز نتایج حاصل از تست های انجام شده بر روی میز دوار، بررسی و تحلیل شده است که نشان دهنده افزایش دقت 10 برابری در ناوبری اینرسی بدون استفاده از سنسورهای کمکی است.

نادر یکی از مهم ترین گلوگاه های اقتصادی، نظامی و سیاسی برای کشورهای است که از موهبت داشتن مرزهای آبی برخوردارند. از جمله سازه های اصلی در بنادر، اسکله ها می باشند. از اینرو بررسی عملکرد اسکله ها در شرایط بحرانی و تهدیدات نظامی و تروریستی دشمن امری ضروری و در راستای سیاست های پدافند غیرعامل می باشد. در این تحقیق پاسخ و نقاط آسیب پذیر اسکله های شمع و عرشه در برابر بار انفجار زیر آب مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، یکی از اسکله های شمع و عرشه واقع در جنوب ایران انتخاب شده و یکی از قاب های آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی از نرم افزار آباکوس و روش آندکس1 آن استفاده شده است. روش استفاده شده برای شبیه سازی اسکله شمع و عرشه، ابتدا صحت سنجی شده و پس از اطمینان از صحت مدل تاثیر انفجار زیر آب روی رفتار کلی سازه و همچنین تاثیر پارامترهای مختلف روی پاسخ سازه مشخص گردید. بررسی ها نشان داد که با آسیب دیدن و حتی از کاربری خارج شدن چند شمع پیرامون منبع انفجار، در اغلب شرایط کل سازه از کاربری خارج نمی شود و می توان بدون اینکه، سازه از شرایط بهره برداری خارج شود به تعمیر و بهسازی آن پرداخت.

موج شکنها در طول تاریخچه ساخت خود دستخوش تغییراتی شدهاند. این تغییرات بسته به شرایط محیطی و کاربری، با هدف بهبود عملکرد آن ها بوده است. روگذری به عنوان یکی از پارامترهای هیدرولیکی مهم در عملکرد موجشکنها همواره مورد ارزیابی و بهینهسازی قرار گرفته است. در این مطالعه به بررسی روگذری امواج از موج شکن سکویی مرکب به عنوان موج شکنی نوین، پرداخته شده است. مدلسازی عددی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D انجام گرفته است. جهت اطمینان از عملکرد مدل عددی نتایج آن با دادههای آزمایشگاهی موجود، مورد واسنجی و صحتسنجی قرار گرفته است. پس از اطمینان از عملکرد مدل عددی، موج شکن سکویی مرکب در سه حالت طراحی شده است. نتایج میزان روگذری امواج از موج شکن سکویی مرکب با موج شکن توده سنگی و کیسونی افقی بررسی و مقایسه شده است. نتایج حاکی از کاهش به ترتیب 01/84 و 42/61 درصدی میزان روگذری در موج شکن سکویی مرکب، نسبت به موج شکن توده سنگی و کیسونی افقی دارد.

در این مقاله، معادلات حاکم بر امواج دریا به صورت غیر خطی تحلیل و استحصال انرژی از امواج جزایر لارک و فارور در خلیج فارس مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس اطلاعات 31 سال اخیر، امواج این دو جزیره دارای بیشترین رویداد برای دامنه امواج m0/0 تا m4/0 و m4/0 تا m8/0 به ترتیب در دوره های تناوب s4/2 تا s3 وs 3 تا s6/3 است. لذا به طور متوسط زمان تناوب s3 با دامنه m5/0 برای طراحی در نظر گرفته شد. مکانیزم CETO برای تولید انرژی انتخاب و طراحی مفهومی با استفاده از برنامه کامپیوتری تهیه شده، انجام شد، به طوریکه نتایج آن دارای دقت مناسب در مقایسه با نتایج تجربی است. بررسی ها نشان می دهد که برای تولید توان بهینه، باید نسبت ارتفاع بویه به شعاع آن در محدوده 8/2 تا 2/3 باشد. همچنین با توجه به شرایط امواج، امکان دستیابی بهینه از هر مکانیزم در حدود kW 25 وجود دارد.

این مقاله با روش فراابتکاری به انتخاب سیستم مهار کاتنری متشکل از زنجیر– کابل-زنجیر برای پایه توربین بادی شناور اسپار میپردازد. هدف، تحلیل هیدرودینامیکی سیستم مهار کاتنری و ارزیابی رفتار سازه در شرایط عادی و صدمه دیده است. تحلیل هیدرودینامیکی سازه شناور در نرم افزار ANSYS-AQWA انجام و نتایج مدل سازی هیدرودینامیکی با نتایج تجربی صحت سنجی شد. باتوجه به مشخصات سیستم مهار آزمایشگاهی و سختی مدنظر در عمق مورد مطالعه، زنجیر مناسب برای سازه در ابعاد اصلی انتخاب و با بررسی تغییرات اعمال شده بر روی آن و تبدیل سیستم مهار شامل زنجیر به سیستم مهار شامل زنجیر– کابل-زنجیر، رفتار سازه و سیستم مهار درصورت پارگی یکی از خطوط مهار، در شرایط بقاء و برای دوره ی بازگشت 100ساله بررسی شد. باتوجه به این که زنجیر ابتدایی متصل به سازه، نقش کنترل کننده بر روی رفتار دینامیکی سازه دارد، هرچه از طول این زنجیر کاسته و به طول زنجیر لنگر افزوده شود، تنش و دامنه حرکات سازه در درجات آزادی سرج، هیو و پیچ افزایش می یابد.

امروزه تلاش برای کاهش در مصرف سوخت، انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های جوی، صرفه جویی اقتصادی و همچنین هماهنگ شدن با قوانین جدید نگرانی پیشروی صنعت کشتیرانی است. به منظور برآوردن و رسیدن به این اهداف تلاش ها و تحقیقات زیادی صورت گرفته است که در این مقاله برخی از روش های کاهش مصرف سوخت ازجمله بهینه سازی تریم شناور در آبخور طراحی موردبررسی قرارگرفته است. در این راستا مقاومت مدل شناور کانتینرKCS در آبخور طراحی محاسبه شده است. این تحلیل به صورت حل عددی و آزمایش تجربی برای تریم های 1/0-تا 1/0+ انجام پذیرفته است. نتیجه حاصل از مقاومت بدنه شناور مدل به بدنه اصلی تعمیم داده شده است در این خصوص، مدل ریاضی سامانه رانش کشتی در محیط محاسباتی سیمولینک نرم افزار متلب پیاده سازی گردیده است و با استفاده از این مدل، به ازای تریم های مختلف میزان مصرف ویژه سوخت شناور ارائه شده است. . با توجه به نتایج مدل سازی و شبیه سازی بدنه شناور کاهش 5/1 درصدی مصرف سوخت به ازای تریم بهینه نتیجه شده است.

گلایدرهای زیرسطحی، گونه ای از وسایل خودمختار هستند که نقش ویژه ای در مطالعات اقیانوس شناسی ایفا می کنند. این مطالعات نیاز به پایش های مداوم و طولانی مدت دارند که گلایدرها به دلیل مصرف پایین انرژی و مداومت بالا، برای انجام این ماموریت ها محبوبیت یافته اند. در این میان، دسته ای از گلایدرها قابلیت بهره برداری از انرژی حرارتی نهفته در لایه های آب را دارند که موجب افزایش مداومت چشمگیر آن ها شده است. این شناورها نیاز به غوص در اعماق بالای 680 متر دارند و در مناطق با عمق های کمتر قابلیت پیمایش خود را از دست می دهند. در این مقاله ضمن تحلیل سیستم پیشران یک نمونه شناور موجود، زمان انتقال حرارت و عمق کاربری آن مورد ارزیابی قرار می گیرد و به منظور استفاده در آب های کم عمق تر، رهیافتی ارائه می گردد تا بتوان از این فناوری در مناطق وسیع تری از دریای عمان بهره برداری نمود.

پی های لبه دار جایگزین مناسبی برای پی های عمیق در سازه های ساحلی و فراساحلی هستند که علاوه بر قابلیت مقاومت در برابر بارهای بالارانشی، به سادگی اجرا می شوند. عملکرد کششی پی های لبه دار واقع بر ماسه توسط مدل سازی فیزیکی و عددی مطالعه شد. آزمایش های آزمایشگاهی بر روی مدل های پی دایره ای کوچک مقیاس با لبه های محیطی انجام شد. مدل سازی عددی توسط تحلیل المان محدود سه بعدی جهت صحت سنجی نتایج آزمایش های مدل فیزیکی و همچنین تعمیم نتایج به پی های بزرگ مقیاس صورت گرفت. اثرات پارامترهای هندسه پی و مشخصات خاک شامل قطر پی، مقاومت برشی ماسه، عمق لبه، زبری سطوح و زاویه امتداد بارگذاری بررسی شد. نتایج نشان داد که حضور لبه پیرامونی، رفتار پیهای واقع بر ماسه را به لحاظ ظرفیت باربری کششی بهبود میبخشد؛ مقادیر بهبود با افزایش عمق لبه، مقاومت برشی ماسه و زبری سطوح پی و همچنین کاهش زاویه امتداد بارگذاری نسبت به حالت قائم، افزایش مییابد. بیشترین مقاومت کششی پی به ازای بارگذاری قائم به دست آمد.

نظر به گسترش روز افزون پروژه های استخراج نفت در دریا و به منظور شناخت بیشتر رفتار دینامیکی پلوم ناشی از نشت احتمالی نفت از بستر و تاثیرات تغییر در پایداری استانیکی ستون آب بر رفتار دینامیکی پلوم نفتی ناشی از نشت و ارتفاع نفوذ پلوم، مجموعه ای از آزمونهای تجربی در حوضچه ای شفاف با لایه بندی چگالی پایدار انجام گردید. نتایج این آزمونهای به روش عددی با ابعاد و شرایط محیط دریای کم عمق تطبیق داده شده است و نتایج حاصل از هر دو روش به صورت بی بعد تبدیل گردید. مشاهده شد که کاهش پایداری استاتیکی آب دریا باعث افزایش ارتفاع نفوذ و کاهش پهنای پلوم آلاینده می شود. همچنین مشخص شد که سطح شناوری خنثی بعنوان مشخصه نقطه گذار از فاز حرکت پلوم به فاز پخش و فرارفت در محیط دارای چینه بندی چگالی به نتایج این تحقیق نزدیک است.

Single Point Mooring ها یا به اختصار SPM، سازه های شناوری هستند که عموماً در آب های عمیق مورد استفاده قرار گرفته و وظیفه مهاربندی شناورها و انتقال تولیدات نفتی و گازی را به وسیله خط لوله از ساحل به نفتکش ها و از نفتکش ها به ساحل را به عهده دارند. یکی از مهم ترین اجزای آن سیستم مهاربندی می باشد که علاوه بر لزوم تحمل بارهای محیطی وارد بر ترمینال شناور باید بارهای وارده بر تانکر که توسط دو طناب قطور به SPM متصل شده است را نیز تحمل کند. از آنجاییکه سیستم مهاربندی مناسب نقش مؤثری در افزایش کارایی SPM در شرایط محیطی متفاوت و طول عمر آن را دارد، باید مورد توجه بسیار قرار گیرد. در این مقاله، SPM چهار مهاره در نرم افزار انسیس اکوا مدل-سازی شده و نیروهای وارد بر SPM توسط تئوری تفرق و به روش المان مرزی و خطوط مهار آن با استفاده از معادلات موریسون محاسبه شده است.

در مبدل های دو بدنه ای جاذب نقطه ای موج، جابجایی نسبی بدنه شناور و مغروق عامل اصلی تولید جریان الکتریسته می باشد. هندسه بدنه شناور نسبت به بدنه مغروق تاثیر بیشتری بر میزان انرژی استحصالی می گذارد. دو بدنه مغروق و شناور بوسیله سیستم فنر-میراگرخطی به یکدیگر متصل می شود و کل سیستم مبدل به وسیله مهارهای کتنری به بستر دریا وصل شده است. با توجه به تاثیر مستقیم محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی در حل معادلات دینامیکی، در تحقیق حاضر به محاسبه جرم-افزوده و میرایی به روش المان مرزی با استفاده از نرم افزار انسیس-اکوا پرداخته شده است. همچنین تاثیر هندسه بویه شناور بر میزان پارامترهای هیدرودینامیکی و توان تولید انرژی از مبدل، با آنالیز در حوزه زمان و فرکانس صورت گرفته است. مقایسه نتایج عددی، با نتایج مدل آزمایشگاهی که در سال 2011 توسط محققین دانشگاه سندیاگو انجام شد، صحت مدلسازی عددی انجام شده را نشان می دهد. با توجه به نتایج با افزایش قطر بویه شناور، توان خروجی نیز افزایش خواهد یافت به شکلی که به ازای هر 2 متر افزایش قطر بویه توان تولید انرژی به اندازه 20 درصد زیاد می شود. بررسی های انجام شده نشان می دهد برای بویه شناور میزان توان تولید انرژی با هندسه نیم مخروطی 17 درصد بیشتر از هندسه نیمکروی می باشد.

مونوپایل پرکاربردترین نوع فونداسیون برای انتقال بار توربین های بادی فراساحلی به زمین است. در بیش از 80 درصد توربین های فراساحلی از مونوپایل استفاده شده است. یک مونوپایل در طول دوره بهره برداری تحت تأثیر میلیون ها سیکل بارگذاری جانبی قرار می گیرد که باعث ایجاد دوران و تغییر شکل جانبی در آن می شود. این دوران و تغییر شکل ایجاد شده در مونوپایل، تابع عواملی چون مشخصات خاک، مشخصات شمع و خصوصیات بار وارد بر آن است. روش های طراحی موجود، برای شمع های تحت بار جانبی با قطر کمتر از 1 متر قابل استفاده هستند. با توجه به این که مونوپایل ها لوله های فلزی توخالی با قطر حدودی 2 الی 8 متر هستند، در این پژوهش با استفاده از مدل سازی فیزیکی در فضای سانتریفیوژ ژئوتکنیکی (Ng)، رفتار آنها در خاک ماسه ای تحت اثر بار جانبی مونوتونیک و سیکلیک مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور بررسی نحوه تأثیر خصوصیات بار جانبی وارده، 1 آزمایش با بار مونوتونیک و 6 آزمایش با بارهای سیکلیک طراحی و اجرا شده و تأثیر پارامترهای مختلف بارگذاری بر روی جابجایی تجمعی، تغییر شکل و سختی خاک مورد بررسی قرار گرفته است. در تمام آزمایش ها تغییر مکان مونوپایل به صورت جسم صلب بوده و جابجایی تجمعی حداکثر سر شمع بر حسب تعداد سیکل با دقت بسیار خوبی از یک روند توانی پیروی می کند. همچنین روند تغییرات سختی بر حسب تعداد سیکل به صورت افزایشی بوده و آهنگ این افزایش به صورت کاهشی است.

بررسی بیومیمتیکی و هیدرودینامیکی آبزیان به دلیل پیچیدگی موجود در هندسه بدن و نوع حرکت آبزیان، یکی از چالشی ترین مباحث دینامیک سیالات محاسباتی در پژوهش های اخیر در این زمینه بوده است. حرکت بدن آبزی و بالاخص بخش دُم از یک سو و حرکت سیال حول بدن آبزی از سوی دیگر، موجب ایجاد جریان ناپایا شده و تحلیل را پیچیده تر کرده و نیازمند درک عمیقی از برهم کنش سیال و بدن آبزی است. به همین منظور هدف این پژوهش، با استفاده از یک هندسه دوبعدی دقیق از بدن دلفین، شبیه سازی عددی هیدرودینامیک جریان اطراف بدن آبزی با درنظر داشتن شنای آبزی بوده و به طور خاص بررسی تغییرات ضرایب درگ و لیفت، نحوه حرکت بدن و اثر آن بر میدان سرعت و فشار و نحوه تشکیل گردابه ها در بلافاصله نزدیک بدن دلفین انجام شده است. که نتایج حاکی از تاثیر قابل توجه فرکانس حرکت دلفین و طول متحرک دُم دلفین بر پارامترهای ذکر شده می باشد.

در این تحقیق امکان بکارگیری شبکه عصبی پرسپترون چند لایه و ماشین بردار پشتیبانی بمنظور مدلسازی رفتار هیدرودینامیکی موج شکن های نفوذپذیر قائم با هسته متخلخل مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور از داده های مطالعه آزمایشگاهی بر روی مدل فیزیکی استفاده شده است تا ضرایب انعکاس و گذر موج برخوردی به سازه که بیانگر رفتار هیدرودینامیکی هستند را به عرض محفظه موج شکن، نسبت ارتفاع مصالح سنگی به عمق آب، نسبت عرض محفظه به طول موج، ارتفاع موج، عدد موج در عمق آب و تیزی موج مرتبط شود. نتایج حاکی از آن است مدل شبکه عصبی پرسپترون چند لایه نسبت به مدل ماشین بردار پشتیبانی دارای عملکرد بهتری در مدلسازی رفتار هیدرودینامیکی موج شکن مورد مطالعه بوده و تا حد زیادی به داده های واقعی همبسته(0/8689=R برای ضریب انعکاس موج و 0/96629=R برای ضریب گذر) است. در ادامه بمنظور آشکارسازی پاسخ ضرایب انعکاس و گذر به هریک از پارامترهای ورودی مدل برتر، مطالعه پارامتریک انجام گرفته است. همچنین با استفاده از آنالیز حساسیت میزان مشارکت پارامترهای ورودی در پیشبینی ضرایب انعکاس و گذر مورد بررسی قرار گرفته است.

شبیه سازی جریان اطراف پروانه یک مسئله پیچیده سیالاتی می باشد خصوصا وقتی پروانه در نزدیک سطح آزاد باشد. در این تحقیق، اثر عمق های مختلف، بر رو ی ضریب عملکرد و راندمان یک پروانه سری بی – وگنینگن در نزدیک سطح بصورت عددی بررسی شده است. بدین منظور از نرم افزار تجاری انسیس – فلوئنت برای حل میدان جریان سیال لزج، تراکم ناپذیر و دوفازی استفاده شده است. چرخش پروانه برای جریان دایمی بوسیله مدل دستگاه مرجع چرخان و برای جریان گذرا توسط شبکه لغزان مدلسازی شده است. برای مدلسازی جریان مغشوش و شبیه سازی حرکت سطح آزاد به ترتیب از مدل k-ω sst و روش حجم سیال استفاده شده است. برای اعتبارسنجی نتایج حل عددی با توجه به عدم دسترسی به نتایج تجربی پروانه در نزدیک سطح حل عددی در شرایط آب آزاد انجام شده و ضریب های عملکردی پروانه محاسبه شده اند. نتایج حاصل از حل عددی نشان می دهد ضریب عملکرد پروانه در عمق های مختلف با افزایش نسبت های پیش روی کاهش می یابد.

فرورانش مکران در شمال غرب اقیانوس هند و در مجاورت سواحل جنوبی ایران و پاکستان منشاء ایجاد سونامی در سواحل جنوبی ایران است. در این تحقیق با در نظر گرفتن بزرگا و عمق کانونی زلزله سال 1945 میلادی مکران، ابتدا موج سونامی اولیه بر اساس الگوریتم پیشرفته اوکادا تولید و سپس گسترش این موج در دریای عمان به صورت عددی با استفاده از نرم افزار Flow 3D در دو مرحله ی سراسری و منطقه ای شبیه سازی شده است. بر اساس نتایج مدل سراسری، زمان گسترش موج و میزان بالاروی آن در بنادر اصلی اقیانوس هند و شمال دریای عمان برآورد گردیده است که با اطلاعات تاریخی موجود سازگاری منطقی دارد. رویکرد اتخاذ شده در این مقاله شامل تولید دقیق موج سونامی با استفاده از الگوریتم اوکادا و شبیه سازی سه بعدی انتشار در دو مرحله سراسری و منطقه ای، یک راه حل قابل اطمینان برای تخمین بالاروی موج سونامی در سواحل کشور در اثر سناریوهای مختلف فرو نشست مکران ارائه می دهد.