بخشی از مقاله
چکیده
تریماران یک شناور چند بدنه است که از یک بدنه اصلی باریک بلند و دو بدنه کناری کوچک تشکیل شده است. بدنههای کناری توسط عرشه عرضی به بدنهی اصلی متصل میگردند. موقعیت و فرم هندسی بدنههای کناری تاثیر زیادی بر روی حرکات دینامیکی و بارهای موج وارد بر این شناور مدرن دارد. در این مقاله به کمک یک کد کامپیوتری پیشرفته به نام موج ماسترو تاثیر فرم هندسی نامتقارن بدنههای کناری بر روی حرکات شناور بررسی شده است. این برنامه بر پایه تئوری جریان پتانسیل خطی در حوزه فرکانس نوشته شده و مبتنی بر روش پانل سه بعدی است که در آن از انتگرال تابع گرین سرعت صفر برای تعیین پتانسیل غیر دائم استفاده میکند.
در این پژوهش یک شناور تریماران بر اساس قوانین و الزامات موسسه رده بندی ABS طراحی شده و مدل المان محدود کل شناور جهت بررسی حرکات آن در نرم افرار ماسترو ساخته شده است. با استفاده از برنامه موج ماسترو مقادیر مهم برای حرکات دینامیکی در سرعتهای مختلف، جهتهای متفاوت موج و فرکانسهای مختلف محاسبه شده است. نتایج نشان داد تغییر زاویه برخورد موج از حالت مورب به موج سینه تاثیری بر روی حرکات هیو و پیچ و تغییرات سرعت در حالت موج کناری تاثیری بر روی رفتار دینامیکی شناور ندارد. همچنین در محدوده فرکانسی 1 رادیان بر ثانیه در منحنیهای پاسخ شناور پیچ خوردگی مشاهده میگردد که علت آن کوپل شدن حرکات هیو، پیچ و رول با یکدیگر است.
واژههای کلیدی:تریماران، حرکات دینامیکی، آنالیز حوزه فرکانس، فرم بدنه، رائو
-1 مقدمه
تریماران یک فرم بدنه پیشرفتهای است که از سه بدنه مجزا تشکیل شده است. این فرم بدنه منحصر به فرد بصورت پایهای یک شناور تک بدنه بسیار باریکی است که به دو بدنه کناری کوچک متصل شده است. فرم بدنه تریماران به خاطر عملکرد بسیار عالی در دریا در سالهای اخیر مورد توجه معماران و طراحان کشتی با کاربریهای نظامی و تجاری قرار گرفته است.فرم هندسی، اندازه، موقعیت طولی و عرضی بدنههای کناری تاثیر قابل توجهی بر روی رفتار دینامیکی، تعادل، قابلیت ماندگاری و نیروهای موج وارد بر سازه این شناور دارند. تحقیقات چندی توسط محققین بر روی تاثیر موقعیت بدنههای کناری بر روی حرکات این شناور انجام شده، اما در خصوص تاثیر شکل هندسی بدنههای کناری بر روی بارهای موج و حرکات مطالعات بسیار اندکی صورت گرفته است.
Kurultay - 2003 - تحلیل عددی دریامانی یک شناور تریماران خاص را با در نظر گرفتن فواصل طولی و عرضی متفاوت برای بدنههای کناری انجام داد. وی نشان داد فاصله عرضی کمتر بدنههای کناری باعث بهترشدن قابلیت دریامانی خصوصا در حالت موج از سینه خواهد شد. اولین مطالعه تحلیلی بر روی بارگذاری موج روی عرشه عرضی شناور تریماران توسط Rhoads - 2004 - انجام شد. در این تحقیق بدنه اصلی و بدنههای کناری بصورت باکس در نظر گرفته شده و نتایج حاصل با محاسبات عددی در نرم افزار ماسترو مقایسه گردید. رادز نشان داد نتایج تحلیلی و عددی از تطابق خوبی برخوردار بودند.
اندازهگیری و پیش بینی رفتار دریامانی یک تریماران فریگیت توسط Pastoor et al . - 2004 - انجام شد. آنها محاسبات خطی و غیرخطی بر روی این شناور را در حوزه زمان و فرکانس انجام داده و نتایج حاصل را با نتایج آزمایشگاهی تست مدل اعتبارسنجی کردند. Fang and Too - 2006 - تاثیر موقعیت بدنههای کناری را بر روی حرکات دینامیکی یک شناور تریماران با استفاده از روش توزیع چشمه سه بعدی - پانل سه بعدی - انجام دادند. نتایج مطالعات آنها نشان داد از نقطه نظر حرکات دینامیکی فاصله عرضی بیشتر و فاصله طولی کمتر بدنههای کناری نسبت به پاشنه دارای مزیت است.Armstrong - 2006 - بر روی تریماران فری - Benchijigua Express - یکسری اندازهگیریها و آزمایش ترایال انجام داد. نتایج نشان داد که وضعیت رول و پیچ شناور بهبود پیدا کرده و در مقایسه با کاتاماران سطح راحتی مسافران افزایش و دریازدگی تا 50 درصد کاهش پیدا کرده است. Sato et al. - 2007 - یک کد برای پیشبینی عملکرد حرکتی یک شناور تریماران توسعه دادند.
آنها دقت نتایج کد را از طریق دادههای آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی کردند. نتایج نشان داد در حالتهای هیو و پیچ نتایج کد دقت قابل قبولی داشته اما دامنه حرکت رول تا حدودی بیش از نتایج آزمایشگاهی بود. Hebblewhite et al. - 2007 - تاثیر موقعیت طولی بدنههای کناری را بر روی حرکات هیو و پیچ شناور تریماران بررسی کردند. آنها آزمایش مدل را در چهار موقعیت طولی بدنههای کناری نسبت به پاشنه انجام داده و نشان دادند که جابجایی طولی بدنههای کناری که نتیجه آن تغییر شعاع ژیراسیون است تاثیر قابل توجهی بر روی حرکات هیو و پیچ این شناور دارد.Ogawa - 2008 - یک روش کاربردی بر اساس تئوری نیومن1 برای پیشبینی تاثیر بدنههای کناری بر روی نیروهای موج یک شناور چند بدنه توسعه داد. او نشان داد روش حاضر با نتایج آزمایشگاهی و نتایج عددی روش پانل سه بعدی در سرعت صفر تطابق خوبی دارد. Fang and Chen - 2008 -
آنالیز طیفی بر اساس نیروهای اعمالی موج جهت انتخاب مناسب بدنههای کناری را انجام دادند. آنها روش توزیع چشمه سه بعدی را بکار گرفته و با استفاده از ترکیب پتانسیل چشمه و روش پانل به استخراج نیروهای موج نسبت به فاصله طولی و عرضی بدنههای کناری پرداختند. Min and Shi-lian - 2011 - محاسبات مربوط به مقادیر مهم برای بارهای موج اعمالی به شناور تریماران را با جانمایی طولی و عرضی بدنههای کناری بر اساس تئوری پتانسیل سه بعدی و تابع گرین انجام دادند. Liu et al. - 2011 - استحکام نهایی طولی یک تریماران را با مدل سازی عددی با استفاده از المان محدود غیرخطی و آزمایش مدل انجام دادند. Ren et al. - 2012 - یک مدل المان محدود از شناور تریماران را بر اساس قوانین لویدز ساخته و با انجام بهینهسازی هایی از قبیل افزایش اندازه محل اتصال بدنه اصلی و دک عرضی افزایش ضخامت بالکهدها و دک خیس و اندازه سازه تمرکز تنش را کاهش دادند.
Senan and Krishnankutty - 2012 - حرکات و نیروهای اعمالی غیرخطی موج به یک شناور سه بدنه با طولهای یکسان را بررسی کردند. آنها از روش المان محدود و پانل برای پیش بینی عددی نیروها و حرکات این شناور استفاده کردند. محمدی و همکاران، - 1392 - نیروهای وارد بر شناور تریماران در حالت صدمه دیده سالم را محاسبه کردند. انها از روش تئوری نواری و روش پانل برای پیش بینی بارهای موج و دریای آرام در حوزه فرکانس استفاده کردند. این تحلیل با استفاده از نرم افزار ماسترو و ورس2 انجام شد. مقایسه نتایج نشان داد که نتایج حاصل از دو روش عددی تطابق خوبی با یکدیگر دارند. اکبری و همکاران، - 1393 -
حرکات هیو پیچ یک شناور تریماران در اعداد فرود مختلف را در حوضچه کشش انجام دادند.آنها نشان دادند که حساسیت رائوی پیچ بر روی تغییرات مقادیر اعداد فرود و دامنه موج در حالتی که طول موج بدون بعد کمتر از 0/8 باشد زیاد نیست. همچنین برای فرکانس بدون بعد بین 2/5 تا 2/8 رائوی پیچ تغییرات قابل توجهی در نتیجه تغییر در اعداد فرود یا دامنه موج تجربه نمیکند. Fuentes et al . - 2015 - روش المان محدود را برای مطالعه یک تریماران برای شناسایی محلهای تنش بالا بکار گرفته و یک روش بهینه سازی برای بهینهکردن سازه در نقاط تنش بالا توسعه دادند. این روش باعث شد بدون اینکه تنشهای مجاز از مقادیر ارائه شده توسط قوانین تجاوز کند متریال به اندازه 17 تا 25 درصد کاهش پیدا کند.با توجه به مطالعات انجام شده بر روی شناور تریماران که در بالا ذکر شد عمده مطالعات بر روی فرم بدنه متقارن متمرکز بوده و درخصوص فرم بدنههای نامتقارن کمتر مطالعه شده است. در این مقاله حرکات دینامیکی یک شناور تریماران با بدنه کناری نامتقارن خارجی بررسی شده است.
