فهرست مطالب

مهندسی دریا - پیاپی 5 (زمستان 1385)

نشریه مهندسی دریا
پیاپی 5 (زمستان 1385)

  • 98 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1386/02/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • غلامرضا راشد، رحمت الله قاجار، سیدجلال الدین هاشمی صفحه 1
    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.
    کلیدواژگان: خستگی چند محوره، بارگذاری دامنه متغیر، لوله حفاری، کشتی حفاری، زاویه غلتش
  • رضا طالب پور، کریم عابدی، احمدرضا مصطفی قره باغی صفحه 23
    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.
    کلیدواژگان: سازه های دریایی، خطوط لوله دریایی، کمانش موضعی، خرابی، انتشار خرابی، مدل سازی عناصر محدود
  • داریوش حسینی، حبیب حکیم زاده، رضا غیاثی صفحه 37
    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.
    کلیدواژگان: آبشستگی، خطوط لوله، مدل سازی عددی، مدل سازی فیزیکی، جریان، حجم محدود
  • مهدی گلبهار حقیقی، علی اکبر آقاکوچک صفحه 53
    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.
    کلیدواژگان: خطوط لوله زیر دریا، فراساحل، زلزله، غیر مدفون، گسل، انتشار موج، تحلیل المان محدود، امتداد لغز، نرمال، معکوس، مورب
  • محمدرضا خسروی، امیرحسین نیک سرشت، محمد مهدی علیشاهی صفحه 69
    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.
    کلیدواژگان: سرعت برخورد متغیر، ضربه هیدرودینامیکی، اسلمینگ، قایق پرنده
  • محمدرضا تابش پور، علی اکبر گل افشانی، محمدسعید سیف صفحه 81
    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.
    کلیدواژگان: سکوی پایه کششی، موج دریا، غیرخطی
|
  • Gholamreza Rashed, Rahmatollah Ghajar, Seyed Jalalodin Hashemi Page 1
    During the offshore drilling operations by drillships or semisubmersible vessels the drillstring in its first drilljoint to the Kelly suffers bending due to float vessel roll or pitch. The cyclic bending stress at any point along the drillstring, is a function of the roll or pitch angle, Kelly position in bushing, and hookload. The cumulative fatigue damage of the drillpipe due to cyclic stresses near the drillpipe connection to Kelly has been calculated in this paper. The effects of the cyclic stress amplitude variation are also taken into account. Then five multiaxial fatigue models are evaluated under variable amplitude loading (similar to drillpipe loading) conditions. Comparing the results of the five models predictions by the muliaxial fatigue tests experimental data under variable amplitude axial-torsional loading, show that the combined critical plane and energy models predict the fatigue life better than the others. It works much better for variable amplitude loading than the existing models.
  • Reza Talebpour, Karime Abedi, Ahmad Reza Mostafa Gharebaghi Page 23
    In the design of marine pipelines, like other thin-walled structures, structural stability plays major role. Generally, two kinds of instabilities, namely global buckling and local buckling (collapse) may occur in marine pipelines. However, for deep water pipelines in addition to occurrence of collapse, another concern is the potential occurrence of propagating of this collapse along the pipe due to high external pressure. In the present study, details of 2-D and 3-D finite element modeling for collapse propagation simulation are outlined. In order to verify the accuracy and validity of the finite element modeling, the numerical results, obtained from nonlinear finite element analyses for several pipe samples have been compared with the experimental results. These proposed 2-D and 3-D modeling methods are easily applicable. Also, the comparison shows that the results of these methods have very close agreement with the experimental behaviour. Using nominal geometric properties, finding minimum required imperfections to eliminate bifurcation points and using corrected Ramberg-Osgood material behaviour for steel pipe are the main characteristics of the present 3-D method. The study shows that this method gives more appropriate results than the previous proposed method by Toscano et al. (2002).
  • Darush Hosseini, Habib Hakimzade, Reza Ghiasi Page 37
    In this paper, the local scour process around pipelines due to steady currents has been investigated from different points of view using the numerical and physical models. In order to calculate the maximum scour depth under the pipe, a mathematical model based on the two-dimensional Laplace equation has been developed and the scour process on the 2D x-z vertical plane has been simulated, with the finite volume method being used to discretize the governing equation. In the developed numerical model, an equivalent boundary calculated using the Newton-Raphson iteration method, has been used to determine the deformed bed profile due to scour resulting from the subjected forces on the sediment particles on sea bed. In the physical models, emphasis has been focused on the effects of different parameters such as pipe diameter, water depth, velocity of flow and the interaction of the parallel pipes on local scour process. Finally, the numerical model results have been compared with the results obtained from the physical model and the other experimental data.
  • Mehdi Golbahar Haghighi, Ali Akbar Aghakoochak Page 53
    Oil and Gas offshore pipelines, often pass through large geographical areas, from the supply point to the end-user, crossing seismic-active areas. For unburied pipelines, both seismic ground wave and permanent ground deformation can cause severe damage to pipelines, depending on the pipeline geometry and connected structures. Due to the largely non-linear nature of the problem, a finite element analysis (FEA) is the most general tool for sub sea pipeline design under seismic loading. Throughout this research, the responses of an offshore unburied pipeline resting on the seabed in shutdown and operation conditions will be investigated under various earthquake loading including various types of seismic faults (strike-slip, Normal, reverse and oblique) and also seismic ground wave propagation for Probable Persian Gulf earthquake magnitudes. The pipeline integrity regarding operation criteria in critical conditions will be assessed. In addition, effects of two different site soil properties and pipeline end restraint on pipeline behavior will be investigated.
  • Mohammad Reza Khosravi, Amir Hossein Nikseresht, Mohammad Mehdi Alishahi Page 69
    Prediction of hydrodynamic loads during water impact is of great significance in the structural design of flying vehicles. Also the importance of the slam force of waves on the members of offshore structures cannot be overemphasized. No theoretical tool is available to handle this complicated phenomenon exactly and the experimental procedures in the laboratory are both time-consuming and expensive. In this paper, a computer program based on the VOF method is applied to evaluate the water impact outcome in a real situation. To asses the capabilities of the CFD code, two classical problems including water impact of a wedge and a circular cylinder traveling at constant speeds are studied. In a real situation the descend velocity is decreased by the impact loads known as “deceleration effect”. This change in speed is taken into account in an iterative procedure and the flow field around the base of a WIG craft is computed. All flow field computations in this study include the effects of viscosity, turbulence, gravity and surface tension. The comparison of results with experimental data shows the efficiency and correctness of this straightforward iterative method.
  • Mohammad Reza Tabeshpour, Ali Akbar Golafshani, Mohammad Saied Seif Page 81
    However it is possible to use of numerical methods such as beta-Newmark in order to investigate the structural response behavior of the dynamic systems under random sea wave loads but because of necessity to analysis the offshore systems for extensive time to fatigue study it is important to use of simple stable methods for numerical integration. The modified Euler method (MEM) is a simple numerical procedure which can be effectively used for the analysis of the dynamic response of structures in time domain. It is also very effective for response dependent systems in the field of offshore engineering. An important point is investigating the convergence and stability of the method for strongly nonlinear dynamic systems when high initial values for differential equation or large time steps are considered for numerical integrating especially when some frequencies of the system is very high. In this paper the stability of the method for solving differential equation of motion of a nonlinear offshore system (tension leg platform, TLP) under random wave excitation is presented. The key point of suitability of MEM for solving the TLP system is that the maximum frequency of the system is about 0.5 Hz. The stability criterion and the convergence of the numerical solution for critical time steps are numerically discussed.