چكيده مقدمه Tension Leg Platform

Transcript

1 پانزدهمين همايش صنايع دريايي (MIC013 7 الي 9 ا بان ماه 139 جزيره كيش بررسي رفتار سكوي پايه كششي در امواج با زواياي برخورد مختلف 3 1 اميرحسين رزاقيان محمدسعيد سيف محمدرضا تابش پور 11 دانشجوي كارشناسي ارشد قطب علمي هيدروديناميك و ديناميك متحركهاي دريايي دانشگاه صنعتي شريف razaghian@mech.sharif.ir استاد قطب علمي هيدروديناميك و ديناميك متحركهاي دريايي دانشگاه صنعتي شريف seif@sharif.edu 3 استاديار قطب علمي هيدروديناميك و ديناميك متحركهاي دريايي دانشگاه صنعتي شريف tabesh_mreza@yahoo.com چكيده سكوهاي شناور از نوع پايه كششي يك نوع سكوي تطبيقي است كه داراي سيتم مهار عمودي با نيروي شناوري اضافه مي باشد. اين نوع سكوها معمولا براي حفاري در ا ب عميق مورد استفاده قرار مي گيرد. مي توان با اعمال كشش اوليه كافي در مهارها حركات عمودي سازه را كاهش داد. اين سكو شامل بخشهاي پي تاندونها رايزرها بدنه و عرشه مي باشدكه در بين ا نها بدنه از نظر نيروهاي هيدروديناميكي وزن و هزينه بسيار پراهميت است. يك نمونه خاص از اين سكوهاي متعارف ISSC TLP مي باشد. در اين مقاله به بررسي هيدروديناميكي سكوي پايه كششي ISSC TLP براي عمق 450 متر پرداخته شده است. از مهمترين فاكتورهاي مورد بررسي در اين مقاله تعيين پريود طبيعي حركات اين نوع سكوي پايه كششي در 6 درجه ا زادي و تاثير زواياي برخورد مختلف امواج در نمودارهاي RAO حركات سخت و نرم اين سكو مي باشد. جهت بررسي اين سكوي پايه كششي از نرم افزار Moses 7/01/047 محصول شركت Ultramarine امريكا استفاده شده است تا تاثير زواياي برخورد موج در نتايج درياماني اين مدل سكو و نيروهاي وارده جهت اعمال اين حركات در 6 درجه ا زادي ارزيابي گردد. كلمات كليدي: سكوي ISSC TLP نرم افزار Moses اپراتور دامنه پاسخ (RAO جرم افزوده شعاع ژيراسيون افزوده مقدمه از ا نجا كه جستجوي منابع نفت و گاز به سوي ا ب هاي عميق (بيش از 400 متر پيش رفته است استفاده از سكو هاي ثابت به علت ممان خمشي زياد ناشي از افزايش طول اعضا عملا در ا ب عميق غير ممكن مي باشد. از اين رو با توجه به افزايش روند طراحي سازه هاي فراساحلي جديد 1 استفاده از سكوهاي پايه كششي و نيمه شناور و اسپار در اعماق زياد پيشرفت چشم گيري كرده است. حركت سكوهاي پايه كششي در راستاي درجه ا زادي به صورت تطبيقي بوده (سرج اسوي ياو كه پريود طبيعي اين حركات زياد مي باشد. و در راستاي سه درجه ا زادي ديگر (هيو رول پيچ كم مي باشد كه به حركات سخت سكو معروفند. اين فرايند ناشي از پيش كشيدگي اعمال شده توسط تاندون ها مي باشد. ايده كليدي در سازه هاي تطبيقي كمينه كردن مقاومت سازه در برابر بارهاي محيطي از طريق انعطاف پذير كردن سازه مي باشد. سازه هاي تطبيقي بايد به صورت ديناميكي طراحي شوند. نكته مهم ا ن است كه در اينگونه سازه ها اثرات غير خطي شديدي وجود دارد.. شكل 1 سكوي پايه كششي چهار ستونه همراه با درجات ا زادي را نشان مي دهد. شكل 1: نمونه اي از سكوي پايه كششي چهار ستونه همراه با درجات ا زادي ا ن 1 11 Tension Leg Platform

2 در پروژه حاضر سعي شد با استفاده از امكانات مدل سازي و و تحليل هيدروديناميكي بسته نرم افزاري Moses محصول شركت Ultramarine به مطالعه رفتار سكوي پايه كششي ISSC TLP در امواج و تاثير پذيري اين رفتار از زواياي برخورد مختلف موج پرداخت. اين نرم افزار از روش المان مرزي به استخراج نتايج و تحليل ا ن مي پردازد كه در ادامه شرح مختصري از تحليل هيدروديناميكي سكو و حركات و عملگرهاي دامنه پاسخ نيز اراي ه شده است. در راستاي فرايند مدلسازي سكوي پايه كششي چه با استفاده از نرم افزار و چه به صورت ا زمايشگاهي فعاليتهاي مختلفي صورت پذيرفته است كه به تعدادي از ا ن ها اشاره مي شود. تان و گاي (1981 به بررسي مدل يك سكوي پايه كششي چهار ستونه ISSC TLP در عمق 450 متر در امواج منظم و نامنظم پرداختند. هدف از اين ا زمايشات تصديق نتايج محاسبات صورت گرفته براي سكوي پايه كششي با استفاده از تي وري پتانسيل سه بعدي بوده است. حل عددي اين سكو بر پايه تي وري پتانسيل خطي صورت پذيرفته است. مقايسه بين تحليل عددي و ا زمايشگاهي در اين مقاله منوط به حركت نوساني سكوي پايه كششي ناشي از فركانس برخورد موج و نيروهاي موجود در تاندون هاي مهار مي باشد[ 1 ]. رويتمن و ا ندريد و باتيستا (1990 در ريو د جنيرو برزيل به ا ناليز مدل سكوي پايه كششي چهار ستونه با مقياس كوچك براي تعيين پاسخ ديناميكي سازه در امواج پرداختند[ ]. ضريب تشابه ابعادي در اين ا زمايشات برابر در مدلسازي ا ب عميق براي اين مدل كوچك در نظر گرفته شد. مقايسه حل عددي و ا زمايشگاهي براي تست ضربه و موج تعيين ضرايب درگ و اينرسي مناسب از جمله اهداف اين ا زمايشات بوده است. زنگ ژايو و همكاران (007 به بررسي تحليلي رفتار غير خطي سكوي پايه كششي ISSC TLP براي عمق 450 متر پرداختند[ 3 ]. اين بررسي منوط به امواج منظم بوده و اثرات درگ ويسكوز و كوپل 6 درجه ا زادي مدنظر قرار گرفته است. زهرا تاجعلي (008 به بررسي رفتار هيدرواستاتيكي و هيدروديناميكي اسكله هاي شناور زنجيره اي با استفاده از نرم افزار Moses و Wamit پرداخت[ 5 ]. در نهايت تاثير پارامتر هاي مختلف بر اسكله تك بدنه رفتار اسكله چند بدنه و تاثير اتصالات روي رفتار اسكله شناور در نرم افزارهاي نام برده بررسي شد. حميدرضا گل پور و مهدي شفيعي فر (008 به بررسي ميزان تاثير مشخصات هندسه سكوهاي نيمه شناور در رفتار حركتي ا ن ها با استفاده از نرم افزار Sesam پرداختند[ 6 ]. محمدرضا تابش پور و همكاران (010 به بررسي اثر ميراگر جرمي تنظيم شده (TMD بر روي نوسانات قاي م سكوي پايه كششي با استفاده از نرم افزار Moses پرداختند[ 7 ]. اين بررسي در نهايت به كاهش 0 تا 50 درصدي مقدار جابجايي قاي م در هنگام اعمال بارگذاري موج هارمونيك شده است. شبيه سازي عددي 1 نرم افزار Moses به عنوان يك برنامه تحليل المان مرزي همه جانبه براي هر نوع سازه در معرض سيال به صورت سطحي شناور نيمه شناور مغروق كارايي فوق العاده مفيدي دارد. اغلب نتايج مدلسازي در نرم افزار Moses به صورت گزارشات عكس ها انيميشن هاي سه بعدي و گزارش هاي ا ماري قابل دسترس است. نرم افزار Moses جرم افزوده دمپينگ تشعشعي و نيروهاي هيدروديناميكي را از فشار هيدروديناميكي روي سطح تعيين مي كند. به علاوه Moses براي تعيين نيروهاي هيدروديناميكي مرتبه دوم از فشار مرتبه اول استفاده مي كند. اين نيروهاي مرتبه دوم براي اكثر مدلسازي ها قابل صرف نظر كردن مي باشد و اهميت زيادي ندارد اما در سازه هايي كه داراي خطوط مهار مي باشد اين نيروها نيز اهميت پيدا مي كند. به طور خلاصه در زير اقسام مختلف نيروها و پارامترهاي مورد استفاده در محاسبه ا ن ها در نرم افزار Moses بيان شده است[ 8 ]: دمپينگ تشعشعي: مش تفرق جرم افزوده: مش تفرق و المان هاي موريسون دمپينگ ويسكوز: المان هاي موريسون دمپينگ تاناكا در مش تفرق(فقط براي تحليل تاريخچه زماني ( بويانسي: المان هاي سازه اي مش تفرق نيروي باد: المان هاي سازه اي وزن: المان هاي سازه اي نيروهاي مرتبه دوم موج: مش تفرق تعريف محيط دريا در نرم افزار Moses علاوه بر شبيه سازي مدل در نرم افزار تعريف محيط دريا از مهمترين پارامترهاي مدلسازي در نرم افزار Moses مي باشد. اين محيط دريايي از بخش هاي گوناگون زير كه توسط كاربر انتخاب مي گردد جهت مدلسازي كمك مي گيرد[ 8 ]. ۱ Multi-operation Structural Engineering Simulator

3 تعريف عمق ا ب تعريف سرعت جريان به صورت تابعي از عمق و زاويه برخورد تعريف طيف هاي امواج معروف مانند پيرسون موسكويتز جانسوپ برتشنايدر و... با ارتفاع موج مشخصه و پريود موج مشخصه براي شرايط دريايي مختلف تعريف سرعت باد و جهت و طيف مربوط به ا ن تعريف تابع دما بر حسب زمان تعريف اتصالات و خطوط مهار اتصالات به المانهايي در نرم افزار Moses الحاق مي شود كه كار اتصال شناور و سكو به اسكله يا سازه ساحلي و فراساحلي ديگر را بر عهده دارند. اين اتصالات توسط كاربر با فرمانها و كلاس هاي مختلف مدلسازي مي شود. كليه اتصالات در اين نرم افزار عبارتند از خطوط مهار خطوط مهار مقلد(خطوط مهار كشيده شده خطوط مهار فشرده شده خطوط مهار با قابليت كششي و فشاري اتصالات مربوط به يدك كش ها شمع ها فنرها اتصالات ثابت اتصالات با درجات ا زادي مختلف اتصالات تسمه اي اتصالات مربوط به ا ب اندازي شناورها و سازه هاي فراساحلي اتصالات مربوط به خطوط انتقال نفت از سازه به يدك كش يا از سازه به كف دريا و ساحل. خطوط مهار از جمله زيرگروه هاي اين اتصالات مي باشد كه اصولا براي مهار سكوهاي نيمه شناور اسكله هاي شناور سكوهاي پايه كششي اسپار و... مورد استفاده قرار مي گيرد و به كف دريا متصل مي شود. اين خطوط داراي كلاس هاي مختلف B-Catenary و H-Catenary و Rod مي باشد. بسته به سازه مدلسازي شده از كلاس هاي مختلف در منوي Medit بايد استفاده شود. كلاس B-Catenary براي اتصال سكوهاي نيمه شناور به كف دريا بايد مدنظر قرار گيرد. براي سكوهاي پايه كششي نيز بايد از كلاس Rod استفاده نمود. مدول الاستيسته در اين كلاس برابر مدول الاستيسيته فولاد كه جهت مهار سكوي پايه كششي در واقعيت استفاده مي شود مي باشد. اين كلاس بايد طوري تعريف شود كه نقاط ابتدايي و انتهايي اتصال ا ن (به ترتيب روي سازه و در عمق ا ب با توجه به ا ب عميق دقيقا روي همديگر قرار گيرند. در منوي Medit براي اين كلاس مي توان قطر خارجي ضخامت مقادير پيش كشيدگي و كليه الزامات مدلسازي تاندون را لحاظ نمود. از جمله قابليت هاي اين نرم افزار غير فعال كردن يكي يا همه خطوط مهار نيز مي باشد كه يكي از فرايندهاي طراحي در ا يين نامه هاي API و ISO مي باشد. كليه ا ناليزهاي طراحي اعم از ا ناليز پارگي ا ناليز تنش ا ناليز خستگي و... را روي اين خطوط مهار را مي توان در نرم افزار Moses صورت داد[ 8 ]. برخي از خروجي هاي قابل محاسبه در Moses ضرايب جرم افزوده و ضرايب ميرايي در 6 درجه ا زادي دامنه پاسخ و فازهاي حركات در شش درجه ا زادي براي فركانس ها و جهات مختلف امواج به صورت RAO مقادير نيروها در خطوط مهار و اتصالات موقعيت و شتاب و سرعت نقاط مرجع در هر 6 درجه ا زادي تراز سطح ا ب و دامنه حركات نقاط نسبت به هم تي وري تفرق سه بعدي(مبناي تحليل المان مرزي در (Moses (1 در تي وري تفرق نيروي موج توسط محاسبه انتگرال فشار روي سطح خيس شده جسم بدست مي ا يد. اين روش زماني قابل استفاده است كه اولا ابعاد جسم درمقايسه با دامنه حركت موج بزرگ باشد و بتوان از نيروهاي ناشي از ويسكوزيته سيال صرف نظر كرد ثانيا جسم ا نقدر بزرگ باشد كه ابعاد ا ن در برابر طول موج دريا قابل توجه بوده و ميدان موج را در اثر تفرق و انتشار موج تحت تاثير قرار دهد. در تي وري تفرق ميدان جريان سيال توسط تابع پتانسيل جريان بيان مي شود. بنابر اين بايد تابع پتانسيل در معادله لاپلاس صدق كند و همچنين شرايط مرزي اعم از شرط مرزي سطح جسم شرط مرزي سطح ا زاد و بستر دريا و شرط مرزي بينهايت ارضا شود[ 9 ]. با استفاده از اصل برهم نهي پتانسيل ها مي توان بيان داشت كه پتايسيل كلي از سه ترم پتانسيل موج برخوردي پتانسيل موج متفرق شده و پتانسيل حاصل از 6 درجه ا زادي جسم در ا ب ساكن به وجود مي ا يد. به جمع پتانسيل جاصل از موج و پتانسيل حاصل از تفرق موج پتانسيل فرود -كريلف مي گويند: φپتانسيل I موج برخوردي φپتانسيل D موج متفرق شده و φپتانسيل R حاصل از 6 t = I + D + R R = 1 φ φ φ φ 6 درجه ا زادي حركت جسم در ا ب ساكن مي باشد. 3

4 ( بدست ا وردن تابع پتانسيل براي جريان نامتراكم غير ويسكوز و غير چرخشي از حل معادله لاپلاس بدست مي ا يد كه به صورت زير بيان مي شود: هم زمان با برقراري معادله لاپلاس شرايط مرزي مسي له نيز بايد ارضا شود و در نهايت تابع پتانسيل استخراج شود. φ φ φ φ = 0 or + + = 0 x y z (3 فشار سيال روي سازه در نرم افزار Moses از دو ترم فشار هيدرواستاتيكي و فشار هيدروديناميكي تشكيل شده است. تغييرات زماني پتانسيل عامل ايجاد نيروهاي هيدروديناميكي مي باشد. با عنايت به اين موضوع فشار كلي از طريق رابطه زير بدست مي ا يد: فشار هيدروديناميكي نيز با توجه به معادله (4 قابل محاسبه مي باشد. p φ = gz ρ t ph = iωρφ (4 با گرفتن انتگرال سطح از توزيع فشار اطراف سازه (تي وري تفرق نيروهاي هيدروديناميكي روي بدنه سازه از طريق منوي Hydrodynamic بدست خواهد ا مد. در اين قسمت نرم افزار Moses تمامي ضرايب هيدروديناميكي مانند جرم افزوده ماتريس ميرايي و ديگر مشخصات هيدروديناميكي را بدست ا ورده و ذخيره مي نمايد. در نرم افزار Moses با توجه به نيروهاي هيدروديناميكي بدست ا مده و مشخصات سازه پاسخ RAO سازه با كاربرد معادلات حركت سازه با شناوري ا زاد براي حركات صفحه افقي بدست مي ا يد. اما براي حركات صفحات قاي م سختي ناشي از تاندون ها در استخراج نمودار RAO در معادلات حركت سازه مدنظر قرار مي گيرد. ميرايي ويسكوز تنها پارامتري است كه در تعيين نمودار RAO در محاسبات (5 Moses لحاظ نمي شود[ 8 ]. معادلات حركت سازه براي استخراج نمودار RAO به صورت زير مي باشد[ 8 ]: 6 ( η k = 1 M jk + A jk X k + B jk X k + C jk X k = F j ( t كه M jk جرم سازه A jk جرم افزوده سازه B jk ضريب ميرايي C jk ضريب فنريت (نيروهاي بازگرداننده X ميزان جابجايي بدنه F j نيروي محرك خارجي مي باشد. در هر درجه ا زادي ضرايب معادله حركت در پريودهاي مختلف محاسبه شده سپس معادله در هر درجه ا زادي و براي پريودهاي مختلف حل مي شوند. بدين صورت براي هر درجه ا زادي جداول يا منحني هاي RAO در مقادير پريود يا فركانس بدست مي ا يد. RAO ها به عنوان توابع انتقال براي محاسبه مقادير صريح پاسخ حركتي سازه از روي طيف امواج محيطي (در تحليل حوزه فركانس به كار مي روند. Sz ( ω = RAO Sζ ( ω = Hzζ ( ω Sζ ( ω S z ( ω (6 كه (ω S ζ ( طيف امواج محيطي و طيف پاسخ سازه مي باشد. ملاحظات ابعادي سكوي پايه كششي ISSC TLP جدول 1 مشخصات سكوي ISSC TLP به همراه تاندون هاي متصل به ا ن را نشان مي دهد. شكل به ترتيب از چپ به راست پلان و نماي اين سكو را اراي ه مي دهند. شكل : ابعاد سكوي ISSC TLP 4

5 جدول 1: مشخصات سكوي ISSC TLP به همراه تاندون 35 m kg ا بخور B جابجايي M جرم kg kg. m kg. m kg. m 38 m m m 415m 3.43E 7.1E 11 N.1E 8 N 9 N m m I 44 ممان اينرسي حركت رول I 55 ممان اينرسي حركت پيچ I 66 ممان اينرسي حركت ياو ارتفاع مركز ثقل بالاي كيل n تعداد تاندون ها زير هر ستون شعاع خارجي تاندون شعاع داخلي تاندون L طول تاندون پيش كشيدگي هر تاندون AE L E مدول يانگ تاندون سختي محوري هر تاندون جدول 1 مشخصات تاندون هاي سكو براي حالتي كه يك تاندون زير هر ستون قرار گرفته شده باشد را اراي ه مي دهد. براي مدلسازي اين سكو در نرم افزار Moses از 3 تاندون زير هر ستون با مدول يانگ فولاد استفاده شده است. بنابر اين مساحت هر تاندون زير هر ستون براي مدلسازي در نرم افزار Moses يك سوم مساحت تاندون ها در جدول افزار Moses نشان مي دهد. 1 مي باشد. شكل 3 نماي سه بعدي سكوي ISSC TLP همراه با 1 تاندون را در نرم دوره هاي تناوب طبيعي سكو (7 شكل 3: نماي سه بعدي سكوي ISSC TLP همراه با تاندون در Moses دوره هاي تناوب طبيعي متغيرهاي مهمي در ارزيابي دامنه هاي نوسان حركت سكو يا كشتي هستند. اگر سازه ها با دوره هاي تناوب نوسان در نزديكي دوره ي تناوب تشديد تحريك شوند امكان وقوع حركات نسبتا بزرگ وجود دارد. به هر حال اگر دمپينگ بالا باشد يا تراز تحريك به دليل اثرات كنسل شدن نسبتا پايين باشد ممكن است تشخيص پاسخ در دوره هاي تناوب تشديد از پاسخ در دوره هاي تناوب ديگر مشكل باشد. دوره ي تناوب طبيعي در حركت هيو براي يك سكوي پايه كششي بر اساس معادله (7 بدست مي ا يد[ 10 ]: كه در ا ن E و A و L و را نيز مي توان از معادله T = 33 M + A π nae L ga 33 / + ρ w n به ترتيب مدول الاستيسيته و مساحت سطح مقطع تاندون طول ا ن و تعداد تاندون ها است. پريود طبيعي رول و پيچ (8 بدست ا ورد[ 11 ]. 5

6 T 44 = π I 44 + A44 AE n l + B GM L.. T A 44 I 44 (8 GM T ارتفاع متاسنتري عرضي سكو مي باشد كه براي ISSC TLP برابر 6 متر است و l نصف عرض سكو مي در اين فرمول B نيروي بويانسي باشد. ممان اينرسي حركت رول و ممان اينرسي افزوده حركت پيچ مي باشد. پريود طبيعي حركت سرج و اسوي از معادله (9 به صورت تقريبي بدست مي ا يد[ 1 ]: T M A M A = π + T = π C p 11 L (9 A 11 جرم افزوده تقريبي سكو در راستاي سرج و اسوي و طبيعي حركت ياو نيز از معادله (10 تقريب زده مي شود[ 1 ]. (10 p مقدار پيش كشيدگي در سكو كه توسط تاندون ها تحمل مي شود مي باشد. پريود T I A I A = π + T = π C D p 66 4L A 66 ممان افزوده تقريبي سكو در راستاي ياو و D فاصله مركز تا مركز ستون ها مي باشد. دليل اين كه پريود I 66 ممان اينرسي ياو سكو در اينجا طبيعي سكو در حركات تطبيقي به صورت تقريبي بدست مي ا يد اين است كه اين پريود طبيعي اين حركات وابسته به تغيير مكان در ا ن راستا مي باشد و فرمول ثابتي براي ا ن ها در نظر گرفته نشده است. جهت تعيين پريود طبيعي حركات خطي و زاويه اي TLP به ترتيب به جرم افزوده حركات خطي و ممان اينرسي افزوده حركات زاويه اي نياز مي باشد كه مقادير ا ن ها از نرم افزار Moses استخراج شده است. شكل 4 نمودار نسبت جرم افزوده به جرم سكوي ISSC TLP در راستاي سرج (اسوي و هيو را در پريودهاي مختلف امواج نشان مي دهد. شكل 4: نمودار نسبت جرم افزوده حركت هيو (سمت راست و سرج (سمت چپ به جرم سكوي ISSC TLP در پريودهاي مختلف موج همانطور كه ملاحظه مي شود مقدار نسبت جرم افزوده به جرم سكو در راستاي هيو و سرج در اكثر پريود امواج به ترتيب برابر 0/63 و 1/7 مي باشد. شكل 5 نمودار نسبت شعاع ژيراسيون افزوده به شعاع ژيراسيون اوليه ISSC TLP در راستاي رول (پيچ و ياو را در پريودهاي مختلف امواج نشان مي دهد. شكل 5: نمودار نسبت شعاع ژيراسيون افزوده حركت رول (سمت راست و ياو (سمت چپ به شعاع ژيراسيون اوليه سكو در پريودهاي مختلف موج 6

7 با عنايت به شكل 5 مشاهده مي شود كه با در نظرگرفتن عدد 0/77 برابر با نسبت شعاع ژيراسيون افزوده به شعاع ژيراسيون اوليه( 45/1 متر شعاع ژيراسيون افزوده حركت رول وپيچ سكو در پريودهاي مختلف برابر عدد 34/7 متر مي باشد. با عنايت به شكل 5 مشاهده مي شود كه با در نظرگرفتن عدد 1/8 برابر با نسبت شعاع ژيراسيون افزوده به شعاع ژيراسيون اوليه (49/1 متر شعاع ژيراسيون افزوده حركت ياو در پريودهاي مختلف برابر عدد 6/8 متر مي باشد. با بدست ا وردن ممان اينرسي افزوده حركات رول و پيچ و ياو و بدست ا وردن جرم افزوده حركات سرج و اسوي و هيو و جايگذاري مقادير بدست ا مده در فرمولهاي (7 و (8 و (9 و (10 مقادير پريود طبيعي حركات در 6 درجه ا زادي به صورت جدول بدست مي ا يد. جدول : پريود طبيعي حركات 6 درجه ا زادي سكوي ISSC TLP براي عمق 450 متر پريود طبيعي 113 s 113 s 1.8 s 1.9 s 1.9 s 89 s حركات سكوي پايه كششي ISSC TLP سرج اسوي هيو رول پيچ ياو بررسي رفتار سكو در زواياي مختلف برخورد امواج( RAO جهت بررسي رفتار سكوي پايه كششي در زواياي برخورد موج سكوي پايه كششي ISSC TLP در برابر امواج با پنج زاويه برخورد 0 و 30 و 45 و 60 و 90 قرار گرفته است و در نهايت نمودارهاي RAO شش درجه ا زادي حركت با هم مقايسه شده اند. شكل 6 نحوه برخورد امواج با اين سكو در عمق 450 متر را نشان مي دهد. شكل 6: نحوه برخورد امواج در زواياي مختلف به سكو شكل 7 نمودار RAO حركات سرج و اسوي سكوي ISSC TLP در عمق 450 متر را نشان مي دهد. شكل 7: مقايسه RAO حركت سرج (سمت راست و اسوي (سمت چپ در زواياي مختلف برخورد موج 7

8 شكل 8 نمودار تغييرات زاويه رول و پيچ سكوي ISSC TLP در برخورد با موج با دامنه 1 متر در عمق 450 متر را نشان مي دهد. شكل 8: تغييرات زاويه رول (سمت راست و پيچ (سمت چپ سكو براي زواياي برخورد مختلف موج با دامنه 1 متر شكل 9 نمودار RAO حركت هيو سكوي ISSC TLP در عمق 450 متر را نشان مي دهد. شكل 9: RAO حركت هيو سكوي ISSC TLP در برخورد با زواياي مختلف امواج شكل 10 تغييرات زاويه ياو سكوي ISSC TLP در برخورد با موج با دامنه 1 متر در عمق 450 متر را نشان مي دهد. شكل 10: تغييرات زاويه ياو سكو براي زواياي برخورد مختلف موج با دامنه 1 متر 8

9 همانطور كه در شكل 7 مشخص است دامنه سرج سكو با افزايش زاويه برخورد از 0 تا 90 درجه كم مي شود همچنين در هر زاويه برخورد موج با افزايش پريود موج و متناسب با افزايش طول موج دامنه حركت سرج هم رفته رفته بيشتر مي شود به طوري كه براي زاويه برخورد صفر درجه در طول موج هاي بالا دامنه حركت سرج تقريبا نزديك دامنه امواج مي باشد. در زواياي برخورد 0 تا 30 درجه پديده گيرافتادگي موج (افزايش ناگهاني در پريود نزديك 8 ثانيه كاملا مشهود مي باشد. در زاويه 30 درجه نيروي حاصل از پديده گيرافتادگي موج در راستاي سرج نسبت به زاويه 0 درجه كم تر مي باشد بنابر اين نسبت دامنه حركت سرج به دامنه موج در پريود گير افتادگي نيز كم تر خواهد بود. علت اين امر اين است كه در زاويه 0 درجه موج با تمام انرژي خود به صورت عمود بر سازه برخورد مي كند و تمام نيروي ا ن در راستاي x با توجه به شكل 6 به سكو وارد مي شود اما در زاويه برخورد 30 درجه مولفه افقي نيروي موج در راستاي x كم تر از نيروي موج در زاويه برخورد 0 درجه مي باشد و اين موج نيز يك مولفه نيرو در راستاي y دارا مي باشد كه سبب حركت اسوي مي شود. در زاويه برخورد 60 درجه نيز مولفه نيرو در راستاي x بسيار كم مي باشد به طوري كه ديگر پديده گيرافتادگي موج جابجايي زياد در راستاي سرج ايجاد نمي كند و افزايش ناگهاني رخ نمي دهد. با افزايش پريود موج از بعد از پريود گيرافتادگي موج (8 ثانيه براي زاويه برخورد موج 30 و 45 و 60 درجه دامنه حركت ياو كاهش پيدا مي كند. اين كاهش به اين دليل مي باشد كه در پريود هاي بالاي موج سكو حركت در طول موجي چندين برابر ابعاد خود را تجربه مي كند كه سكو روي بخش كوچكي از موج قرار مي گيرد و مانند حركت در ا ب ا رام ممان ياو بسيار اندك خواهد بود و در نهايت دامنه دوران ياو كاهش پيدا مي كند. علت افزايش ناگهاني در پريود 8 ثانيه همان پديده گير افتادگي موج مي باشد كه باعث افزايش ممان ياو مي شود و دامنه حركت ياو را افزايش مي دهد. با توجه به متقارن بودن سكو و مربعي بودن ا ن در زواياي برخورد موج 0 و 45 و 90 درجه به علت اين كه توزيع فشار در اطراف سكو متقارن مي باشد ممان ياو تقريبا صفر مي شود بنابراين دامنه حركت ياو در پريودهاي مختلف موج كاملا اندك و تقريبا صفر مي باشد. RAO حركت هيو همانطور كه در شكل 9 مشخص شده است داراي نوسانات زيادي مي باشد. اين نوسانات به علت نيروي موج در راستاي حركت هيو مي باشد. در صورتي كه امواج به گونه اي با سازه برخورد داشته باشند كه قله موج روي دو ستون يك سمت و قعر موج روي دو ستون سمت ديگر باشد نيروي حاصل از امواج يكديگر را در راستاي هيو خنثي مي كنند. در پريود نزديك 16 ثانيه موج نيز كاهش ناگهاني (مينيمم در RAO هيو رخ داده است كه ناشي از پديده كنسل شدن نيروهاي روي پانتونها و ستونها مي باشد به اين صورت كه نيروهاي روي پانتون ها و ستون ها يكديگر را خنثي مي كنند. با توجه به شكل 8 در زاويه برخورد 90 درجه در پريود 8 ثانيه پديده گيرافتادگي موج باعث افزايش ناگهاني در نمودار RAO مي شود كه اين پديده در زواياي ديگر زياد محسوس نيست. در زاويه 90 درجه نيز كمترين مقدار ممان پيچ به سازه اثر مي كند. نمودار RAO رول سكو در زاويه برخورد موج 30 و 45 و 60 درجه با نمودار RAO پيج سكو در زاويه برخورد موج به ترتيب 60 و 45 و 30 درجه تطابق خوبي را دارا مي باشد. اين مهم به علت متقارن بودن سكو در راستاي سرج و اسوي مي باشد. نتيجهگيري و جمعبندي نرم افزار Moses قابليت مدلسازي سازه هاي فراساحلي به همراه خطوط مهار را به صورت كاملا مناسب دارا مي باشد. اين نرم افزار از روش المان مرزي جهت استخراج خروجي هاي مد نظر هيدروديناميكي و سازه اي براي هر نوع سازه مهار شده استفاده مي كند. كليه پارامترهاي مهم سازه اي اعم از نيروها در اتصالات و خستگي در شناورها و تنش ها در نقاط خاص سازه به راحتي در اين نرم افزار قابل ارزيابي است. اين نرم افزار قابليت مدلسازي چندين سازه ساحلي و فراساحلي به صورت همزمان در يك محيط دريايي در معرض باد و جريان را دارا مي باشد. ارزيابي سكوي پايه كششي در اين نرم افزار جامع به راحتي امكان پذير مي باشد. با توجه به نتايج اراي ه شده از RAO حركات شش درجه ا زادي و پريود هاي اين حركات به راحتي مي توان به تطبيقي بودن حركات در صفحه افقي پي برد. به علت مهار شدن اين سكو در راستاي قاي م توسط تاندون ها ديگر پديده تشديد كه در اكثر سازه هاي مهار نشده قابل رويت مي باشد رخ نمي دهد. امواج در شرايط دريايي اصولا داراي پريود 3 ثانيه تا 0 ثانيه مي باشند كه همانطور كه در نمودار RAO حركات در شش درجه ا زادي رويت شد تحريك ناهنجاري در سازه ايجاد نمي كند زيرا پريود حركات سخت كم تر از اين بازه و پريود حركات تطبيقي بيشتر از اين بازه ي پريود موج مي باشد. تنها عاملي كه اندكي سازه TLP را تحت تاثير خود قرار مي دهد پديده گيرافتادگي موج مي باشد كه اين پديده نيز تاثيري در حركت هيو سكو نمي گذارد. در حركات تطبيقي نيز همانطور كه در نمودارهاي RAO رويت مي شود افزايش زاويه برخورد موج نيروي حاصل از امواج در اعمال حركت سازه ISSC TLP را تحت تاثير قرار داده و كاهش مي دهد و به اين دليل دامنه RAO در اغلب نمودار ها كاهش پيدا مي كند. پديده گير افتادگي موج نه تنها حركات سرج و اسوي سكو را تا حدي كه نشان داده شد افزايش مي دهد بلكه تاثير اندكي بر حركات زاويه اي سكو در زواياي برخورد مختلف موج نيز مي گذارد. در نهايت پديده كنسل شدن نيروهاي روي ستون ها و پانتون ها دامنه حركت هيو در امواج با پريودهاي بالا را نيز تا حد مطلوبي كاهش مي دهد. 9

10 [1] Tan S.Gie, W.C. de Boom, The Wave Induced Motion of Tension Leg Platform in Deep Water, Offshore Technology Conference, [] Ney Roitman, Ricardo F.M. Andrade, Ronaldo C.Batista, Dynamic Response Analysis of Small-Scale Model Tension Leg Platform, Elsevier Science Publishers Ltd. England, 199. [3] Zeng Xiao-hui,Shen Xiao-Peng,WU Ying-Xiang, Govwrning equation and numerical solution of tension leg platform with finite amplitude motion, division of engineering science,institute of Mechanics,chinese Academy of Scince, 007. [4] تاجعلي زهرا "بررسي رفتار هيدرواستاتيكي و هيدروديناميكي اسكله هاي شناور زنجيره اي" پايان نامه كارشناسي ارشد عمران تهران مراجع دانشگاه تربيت مدرس [6] گلپور حميد شفيعي فر مهدي "بررسي ميزان تاثير مشخصات هندسه ي سكوهاي نيمه شناور در رفتار حركتي ا ن ها" چهارمين كنگره ملي مهندسي عمران تهران دانشگاه تهران [7] تابش پور محمدرضا دهقارخوانيان ودود " اثر ميراگر جرمي تنظيم شده (TMD بر روي نوسانات قاي م سكوي پايه كششي" دوازدهمين همايش صنايع دريايي زيباكنار [8] Moses Refrence Manual, Ultramarine Company, p ,010. [9] R.Taylor, E.R. Jeffery, Variability Of Hydrodynamic Load Prediction For A Tension Leg Platform, Ocean Engineering, Vol 13, No 5, pp , [10] O.M.Faltinsen, Sea Loads on Ships and Offshore Structures, Campridge University Press, [11] احمدي علي " مدلسازي عددي برهم كنش سكوي پايه كششي مرسوم و موج منظم به روش المان مرزي" پايان نامه كارشناسي ارشد مهندسي دريا تهران دانشگاه شريف