بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، کاهش ارتعاشات سکوهاي دریایی ثابت از نوع جکت، که با استفاده از ترکیب میراگر MR و جداساز لرزه اي به صورت نیمه فعال کنترل شده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف استفاده از ترکیب جداگر لرزه اي و میراگر MR، کاهش ارتعاشات ایجاد شده توسط موج روي سکوهاي جکت دور از ساحل می باشد. به همین منظور در این مقاله، یک سکوي دریایی فراساحلی از نوع جکت که تحت تاثیر نیروهاي هیدرودینامیکی موج قرار دارد به صورت یک قاب دو بعدي در نرم افزار متلب مدل شده است.
همچنین، نیروهاي موج بر اساس تئوري موج استوکس و معادله موریسون مدلسازي شده اند. بکارگیري جداگرها امکان کاهش شتاب منتقل شده به عرشه را فراهم ساخته است. به منظور کم کردن میزان جابجایی نسبی بین عرشه و سازه جکت، میراگرهاي MR مورد استفاده قرار گرفته اند. استفاده از مدل مناسب میراگر، امکان تنظیم نیروي استهلاکی ابزار را فراهم ساخته است. این مقاله نشان داده است که، استفاده از ترکیب جداگر لرزه اي و میراگر MR با قابلیت تولید نیروي استهلاکی می تواند تاثیر مشخصی در کاهش جابجایی سکوهاي فراساحلی داشته باشد.
1. مقدمه
نفت و گاز یکی از عمده ترین منابع انرژي مورداستفاده بشر در دنیا می باشد و حدود 30 درصد این منابع در ژرفاي آب دریاها و اقیانوس ها قرار گرفته اند. با توجه به رشد روزافزون تعداد سازه هاي فراساحلی و برداشت از این منابع، بررسی عملکرد و رفتار این گونه سازه ها از اهمیت خاصی برخوردار است. سکوهاي فراساحلی به طور پیوسته در معرض نوسانات ناشی از بارهاي خارجی مانند باد،موج و زلزله قرار دارند.براي جلوگیري از خرابی هاي شدید و اطمینان از ایمنی و کارایی کافی،جابجایی و شتاب این سکوها باید محدود شوند.
کنترل نوسانات سازه هاي دریایی تحت اثر بار موج توجه تعداد زیادي از طراحان و محققین را به سوي خود جلب کرده، که موضوع تحقیقی بسیار مهمی در مهندسی دریا و شاخه هاي دانشگاهی شده است.[2 ,1] با توجه به مشکلات قابلیت اطمینان و تامین منبع، کنترل غیرفعال و نیمه فعال نسبت به کنترل فعال بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند .[5-3]
عبدالرحمن و همکارانش، کارایی برخی از مکانیزم هاي کنترل فعال و غیرفعال را براي تعدیل کردن پاسخ هاي دینامیکی سکوي جکت در برابر نیروهاي موج بررسی کردند.[2] واندیور و میتوم ، از تانک هاي ذخیره سازي روي یک سکوي ثابت به عنوان دمپرهاي میزان شده مایع 5 TLD، براي کاهش نوسانات سازه در برابر نیروهاي موج استفاده کردند. اما مشکل TLD ها این است که نسبت میرایی که می توانند تامین کنند محدود است.
از اینرو، TLD ها منحصرا براي سازه هاي با میرایی بسیار پائین مناسب هستند.[6] در تحقیقی که بر روي یک سکوي دریایی نصب شده در منطقه خلیج بوهایی صورت پذیرفت ؛ ویو و همکارانش کاهش ارتعاشات ناشی از یخ و زمین لرزه را با تجهیز سکو به یک لایه جداگر بین عرشه و بخش جکت و کنترلر MR مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آنها نشان داد که نوسانات ناشی از یخ و زلزله می تواند به طور موثري به این صورت کاهش یابد .[7] یو و ونگ و همکارانش، تاثیر کاهش ارتعاش روي سکوهاي جکت مشخصی را که هردو سیستم جداساز و تحمل کننده هاي لاستیکی بین کلاهک جکت و عرشه آن قرار گرفته بود، مورد مطالعه قرار دارند .[8]
منیر و نومانی، از یک سیستم جداساز لاستیکی براي کنترل ارتعاشات سکوي فراساحلی جکت استفاده کردند. آنها این سیستم جداساز را براي کاهش ارتعاشات سکوي جکت واقع در خلیج فارس پیشنهاد کردند .[9] صرافان و همکارانش، کاهش ارتعاشات یک سکوي دریایی جکت را با سیستم کنترل نیمه فعال، با استفاده از میراگرهاي MR مورد مطالعه قرار دادند.[10] در این مقاله کنترل نیمه فعال سکوهاي فراساحلی جکت با استفاده از ترکیب میراگرهاي MR و جداگر لرزه اي که بین سازه جکت و عرشه قرار میگیرند، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که سیستم کنترلی پیشنهادي میتواند به طور موثري نوسانات سکوهاي دریایی را کاهش دهد.
2. مدلسازي سکوي دریایی و عرشه بر روي آن
در این مقاله از تکنیک هاي عددي براي مدلسازي سکوي دریایی استفاده شده است. در این مدل از المان هاي تیري عمودي یا در واقع المان هاي قاب استفاده شده است. المان هاي قاب ویژگیهاي هر دو المان تیر و خرپا را دارد. در یک المان قاب دو بعدي، در مختصات محلی براي هر گره سه درجه آزادي وجود دارد، که عبارتند از تغییر شکل محوري در راستاي x، تغییرشکل در راستاي y و چرخش در صفحه x-y نسبت به محور . - - z بنابراین، هر المان با دو گره کلا داراي 6 درجه آزادي می باشد. همچنین درجات آزادي یک المان قاب در شکل - 1 - نشان داده شده است.[10]
همچنین میزان میرایی سازه در این مقاله با انتخاب مودهاي اول و دوم ارتعاش، هرکدام با درصد میرایی مودال %4 انتخاب شده و به روش رایله که بر مبناي ماتریس جرم و سختی است محاسبه شده است. تمامی المان ها و گره ها به صورت جداگانه شماره گذاري می شوند. مدل سازه اي سکوي فراساحلی ثابت از نوع جکت در شکل - - 2 نشان داده شده است. براي اعمال وزن عرشه روي جکت، ابتدا عرشه روي سازه جکت مدل شده است. همچنین چون این المان ها باید رفتار صلبی داشته باشند سختی آن ها افزایش داده شده و سپس وزن عرشه که در این مقاله 300تن در نظر گرفته شده روي عرشه اعمال شده است.
3. مدلسازي نیروهاي موج
سازه هاي فراساحلی در معرض نیروهاي هیدرودینامیکی غیرخطی قرار دارند. غیرخطی بودن این نیروها از وابستگی آنها به انعطاف پذیري سازه ناشی می شود که سبب ایجاد یک شرایط بار خودبرانگیخته می شود.[11] نیروهاي سیال که روي هر المان استوانه اي وارد می شوند، با درنظر گرفتن حرکت نسبی جسم در سیال با استفاده از معادله معروف موریسون مدل شده است.
