مهندسی دریا
سال:1385 | دوره:3 | شماره:5 |تعداد مقالات:6

در هنگام حفاری توسط کشتی ها و یا نیمه غوطه ورهای حفاری، رشته حفاری در اولین اتصال از لوله حفاری با لوله چندبر، دچار خمش ناشی از حرکات غلتش حول محور طولی و یا چرخش حول محور عرضی شناور می شود. تنش های چرخه ای ناشی از این خمش در هر نقطه از رشته حفاری تابعی از زاویه غلتش شناور، موقعیت لوله چندبر در بوش، و نیروی کشش قلاب می باشند. در این مقاله ابتدا آسیب خستگی تجمعی لوله حفاری متصل به لوله چندبر ناشی از این تنش های چرخه ای و در طی مدت پیمایش لوله چندبر محاسبه شده و اثرات تغییر مقدار دامنه تنش چرخه ای نیز در نظر گرفته می شود. سپس پنج مدل خستگی چند محوره در شرایط بارگذاری دامنه متغیر (مشابه شرایط اعمالی به لوله حفاری) ارزیابی می شود. با مقایسه نتایج عمر خستگی پیش بینی شده توسط این مدل ها با نتایج قابل دسترس از آزمایش های خستگی چند محوره در بارگذاری دامنه متغیر محوری- پیچشی، دیده می شود که نتایج مدل ترکیبی روش صفحه بحرانی و روش انرژی، نسبت به دیگر مدل های خستگی چند محوره در بارگذاری چند محوره دامنه متغیر، تطابق بهتری با نتایج تجربی داشته و برای تعیین عمرخستگی لوله حفاری قابل قبول می باشد.

در طراحی خطوط لوله دریایی، مانند هر سازه جدار نازک دیگر، موضوع پایداری نقش عمده ای ایفا می کند. به طور کلی در خطوط لوله دریایی دو نوع ناپایداری سازه ای، به صورت کمانش کلی و کمانش موضعی (خرابی) ممکن است اتفاق بیفتد. اما موضوع ناپایداری موضعی در لوله ای که در آب عمیق کار گذارده می شود، با دیگر خطوط لوله تفاوت دارد. این تفاوت از آنجا ناشی می شود که به واسطه قرار گرفتن لوله تحت فشار بسیار زیاد (فشار هیدرواستاتیکی آب)، ناپایداری موضعی قابلیت انتشار در طول لوله پیدا می کند.در پژوهش حاضر نخست مختصری به پدیده مزبور، که به نام انتشار خرابی شناخته می شود و دلایل وقوع آن در خطوط لوله دریایی پرداخته می شود. سپس مدل سازی عناصر محدود دو بعدی و سه بعدی آن شرح داده شده و برای چند نمونه مدل، نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود. روش های مدل سازی ارایه شده به سهولت قابل کاربرد بوده و نتایج به دست آمده برای هر دو حالت دو بعدی و سه بعدی، تطابق مطلوبی با نتایج ازمایشگاهی نشان می دهند. یافتن حداقل ناکاملی مورد نیاز برای گذر از نقاط دو شاخگی، به کارگیری مشخصات هندسی اسمی لوله و استفاده از رابطه تنش- کرنش Ramberg-Osgood اصلاح شده جهت توصیف رفتار مصالح، خصوصیات اصلی روش سه بعدی پیشنهاد شده در تحقیق حاضر می باشند. روش مذکور در مقایسه با تحلیل عددی قبلی که در سال 2002 توسط Toscano و همکارانش انجام شده است، نتایج بهتری به دست می دهد.

در این مقاله ابعاد مختلف فرآیند آبشستگی در اطراف خطوط لوله تحت اثر جریان های ماندگاربا استفاده از مدل های عددی و فیزیکی بررسی شده است. برای محاسبه بیشینه عمق آبشستگی در زیر لوله، مدلی ریاضی براساس معادله دو بعدی لاپلاس ارایه گردیده و فرآیند آبشستگی به صورت دو بعدی در صفحه (X-Z) مدل سازی گردیده و برای گسسته سازی و حل معادله حاکم بر میدان محاسباتی از روش حجم محدود استفاده شده است. در مدل عددی تهیه شده برای محاسبه نیمرخ بستر تغییر شکل یافته در اثر آبشستگی که تحت اثر نیروهای وارد بر مواد رسوبی بر روی بستر دریا حاصل می شود، از یک مرز معادل استفاده شده که با استفاده از روش تکرار نیوتن رافسون محاسبه می گردد. در مدل های آزمایشگاهی نیز سعی شده است که اثر پارامترهای مختلفی نظیر قطر لوله ها، عمق آب، سرعت جریان و اندرکنش لوله های موازی با همدیگر بر روند فرآیند آبشستگی بررسی شود سرانجام نتایج مدل سازی عددی با نتایج به دست آمده از مدل فیزیکی و دیگر نتایج تجربی مقایسه شده است.

خطوط لوله نفت و گاز فراساحل، معمولا از نقطه شروع انتقال تا نقطه تحویل محصول از میان مناطق جغرافیایی وسیع فعال لرزه ای می گذرند. برای خطوط لوله غیر مدفون، هم انتشار موج زلزله و هم تغییر شکل دایمی زمین می تواند در خط لوله با توجه به هندسه خط لوله و سازه های متصل خرابی ایجاد کند. با توجه به طبیعت غیرخطی وسیع این مساله، تحلیل المان محدود کامل ترین ابزار جهت طراحی خط لوله زیردریا تحت بارگذاری ناشی از زلزله می باشد. در تحقیق حاضر اثرات انواع پیامدهای زلزله شامل حرکات انواع گسل امتداد لغز، نرمال، معکوس، مورب معکوس و مورب نرمال و همچنین انتشار موج ناشی از زلزله بر خطوط لوله فراساحلی غیر مدفون قرار گرفته بر بستر دریا در دو حالت عدم بهره برداری و بهره برداری از خط لوله مورد بررسی قرار می گیرد و کارآیی خط لوله با توجه به معیار بهره برداری در شرایط بحرانی بررسی می شود. همچنین اثرات دو نوع خاک محل سایت و نیز اثرات گیرداری انتهای خط لوله در رفتار خط لوله مورد مطالعه قرار می گیرد.

بررسی نیروهای هیدرودینامیکی ایجاد شده در اثر برخورد اجسام به سطح آب در طراحی سازه از اهمیت خاصی برخوردار است. نیروی برخورد با آب در شناورهای تندرو و ضربه امواج به سکوها از نمونه های متداول این پدیده هستند. بررسی پدیده فوق با استفاده از روش های تحلیلی به علت پیچیدگی فراوان آن عملا امکان پذیر نیست. همچنین ساخت مدل و انجام آزمایش به زمان و هزینه زیادی نیاز دارد. در این مقاله ابتدا با در نظر گرفتن سرعت ثابت جهت مقایسه با نتایج موجود برای یک استوانه و یک گوشه اثر ضربه هیدرودینامیکی به وسیله اجرای یک کد حل میدان جریان بررسی و نیروی ناشی از آن محاسبه گردیده است. سپس با استفاده از یک زیر برنامه و روش تکرار، توزیع سرعت واقعی حین برخورد برای مقطع زیر بدنه یک قایق پرنده که مشابه یک گوشه می باشد بدست آمده، و اثر کاهش سرعت برخورد عملا در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج این روش با نتایج آزمایشگاهی، دقت بالا و مفید بودن این روش را در حل این گونه مسایل مورد تایید قرار داده است. برای حل میدان جریان حول هر جسم اثرات لزجت، آشفتگی سیال، نیروی جاذبه، کشش سطحی و جریان هوای اطراف آب نیز در نظر گرفته شده است.

هر چند به منظور بررسی پاسخ سیستم های دینامیکی تحت بار موج تصادفی دریا، می توان از روش های عددی نظیر روش بتا- نیومارک استفاده نمود، ولی به علت ضرورت انجام تحلیل سیستم سازه دریایی برای دوره های طولانی زمان، به منظور مطالعات خستگی، استفاده از روش های ساده پایدار برای تحلیل عددی، دارای اهمیت خاصی می باشد. روش اصلاح شده اولر (MEM) یک فرایند عددی ساده است که می توان آن را به طور کارآمدی برای تحلیل های دینامیکی سازه ها در حوزه زمان مورد استفاد قرار داد. همچنین این روش برای تحلیل دینامیکی سیستم هایی که دارای پارامترهای وابسته به زمان هستند، بسیار کارا می باشد. یک نکته مهم در این خصوص عبارتست از بررسی همگرای و پایداری روش برای سیستم های دینامیکی شدیدا غیر خطی دارای فرکانس بالا که مقادیر اولیه و یا گام زمانی بزرگی برای حل معادلات دیفرانسیل آنها در نظر گرفته شود. در این مقاله پایداری روش اصلاح شده اولر برای حل معادله دیفرانسیل حرکت سیستم دینامیکی غیر خطی سکوی پایه کششی (TLP) تحت بار تصادفی دریا ارایه شده است. نکته کلیدی در خصوص پایداری روش MEM برای حل مساله مورد نظر این است که بیشینه فرکانس سیستم به حد بالای 0.5 هرتز محدود است. معیار پایداری و همگرایی روش مورد نظر و گام زمانی بحرانی در قالب مثال عددی مورد بررسی قرار می گیرد.