اثر ارتعاشات ویپینگ بر عمر شناور کاتاماران با استفاده از روش تعامل سازه-سیال یک ‌طرفه

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین، تهران، ایران

2 دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2022.10676.3361

چکیده

بررسی بارهای وارد بر سازه، از بدو طراحی انواع شناورها، امری بسیار ضروری و مفید است. در دریاهای مواج بدنه شناور به‌صورت ناگهانی از آب بیرون آمده و سپس با ضربه‌های شدید مجدداً به آب وارد می‌شود. در این نوع بارها که به‌عنوان ضربه اسلمینگ شناخته می‌شود، سازه شناور بارهای ضربه‌ای با مقدار اوج فشار بالا را تحمل می‌نماید که می‌تواند موجب افزایش سطح تسلیم و همچنین ارتعاشات با فرکانس بالا در سازه شناور شود که به این نوع ارتعاشات گذرا، ارتعاشات ویپینگ گفته می‌شود. هدف این مقاله بررسی بارهای وارده بر شناور، ارتعاشات ناشی از این بارها از قبیل ارتعاشات ویپینگ و همچنین تخمین عمر در شناورهای تندروی کاتاماران است. در این مقاله در گام اول با استفاده از روش‌ دینامیک سیالات محاسباتی، بارهای هیدرودینامیکی و ضربه‌ای وارده بر شناور به دست می‌آیند. سپس در مرحله بعد با استفاده از روش کوپل یک‌طرفه سیال-جامد، آثار ضربه امواج به شناور دوبدنه کاتاماران و همچنین ارتعاشات ناشی از آن موردبررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه با استفاده از روش‌‌‌ تخمین عمر تجمیعی پالمگرن-ماینر و روش سیکل شماری بارش باران، تأثیر این نوع ارتعاشات بر روی شکست و تخریب سازه شناور موردبررسی قرار می‌گیرد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که ارتعاشات ویپینگ تأثیر بسزایی در طول عمر خستگی شناور دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Okumoto Y, Takeda Y, Mano M, Okada T (2009) Design of ship hull structures: A practical guide for engineers. SSBM.
[2] AlaviMehr J, Lavroff J, Davis MR, Holloway DS, Thomas G (2017) An experimental investigation of ride control algorithms for high-speed catamarans Part 1: Reduction of ship motions. J Ship Res 61(1): 35-49.
[3] Lavroff J, Davis M, Holloway D, Thomas G (2009) The vibratory response of high-speed catamarans to slamming investigated by hydroelastic segmented model experiments. Int J Marit Eng 151(4): 1-13.
[4] Thomas G, Davis M, Holloway D (2003) The whipping vibration of large high speed catamarans. Transactions of the Royal Institution of Naval Architects Part A, Int J Marit Eng 145: 289-304.
[5] Thomas G (2011) Slam events of high-speed catamarans in irregular waves. J Mar Sci Technol 16(1): 8-21.
[6] Townsend P, Suárez-Bermejo JC, Horcajo E, PazPinilla-Cea (2018) Reduction of slamming damage in the hull of high-speed crafts manufactured from composite materials using viscoelastic layers. Ocean Eng 159: 253-267.
[7] Townsend P, Suárez-Bermejo JC, Sanz-Horcajo E, PazPinilla-Cea (2018) Reduction of slamming damage in the hull of high-speed crafts manufactured from composite materials using viscoelastic layers. Ocean Eng 159: 253-267.
[9] Storhaug G (2007) Experimental investigation of wave induced vibrations and their effect on the fatigue loading of ships. NTNU.
[10] Barhoumi M, Storhaug G (2014) Assessment of whipping and springing on a large container vessel. Int J Nav Archit 6 (2): 442-458.
[11] Drummen I, Holtman M (2014) Benchmark study of slamming and whipping. Ocean Eng86: 3-10.
[12] Hirdaris S (2009) Hydroelasticity of ships: recent advances and future trends. P I Mech Eng M-J Eng 223(3): 305-330.
[13] Storhaug G (2014) The measured contribution of whipping and springing on the fatigue and extreme loading of container vessels. Int J Nav Archit Ocean Eng 46: 1096-1110.
[14] Storhaug G, Malenica S, Choi BK, Zhu S (2010) Consequence of whipping and springing on fatigue and extreme loading for a 13000TEU container vessel based on model tests. Proc. PRADS-2010, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brazil, 1200-1209.
[15] Kim H, Kim Y, Yuck RH, Lee OY (2015) Comparison of slamming and whipping loads by fully coupled hydroelastic analysis and experimental measurement. J Fluids Struct 52: 145-152.
[16] Henry JR (1970) Slammig of ships: A critical review of the current state of knowledge ship structure committee, Technical paper.
[17] Piro D, Maki K (2011) Hydroelastic  wedge  entry  and  exit. Proceedings of the 11th International Conference on FAST2011.
[18] Tveitnes T, Fairlie-Clark A, Varyani K (2008) An experimental investigation into the constant ve-locity water entry of wedge-shaped sections. Ocean Eng 35(14-15): 1463-1478.
[19] Tassin A, Korobkin A, Cooker M (2012) Modelling  of  the  oblique  impact  of  an  elongated body  by  2D+ t  approach. 27th Int  Wkshp on  Water  Waves  &  Floating  Bodies.
[20]  Tassin A, Piro D, Korobkin A, Maki K, Cooker M (2013) Two-dimensional  water  entry and exit of a body whose shape varies in time. J Fluids Struct 28: 211-231.
[21] Piro D, Maki KJK (2013) Hydroelastic analysis of bodies that enter and exit water. J Fluids Struct 37: 60-74.
[22] Andersen I, Jensen JJ (2014) Measurements  in  a  containership  of  wave  induced  hull girder stresses in excess of design values. Mar Struct 37: 54-85.
[23] Wang S, Soares CG (2013) Slam induced loads on bow flared sections with various roll angles. Ocean Eng 67: 45-57.
[24] Koo J, Kim B, Jang K, Suh Y, Bigot F (2012) Fatigue assessment of the 18,000TEUcontainer  vessel  considering  the  effect  of  springing, 23rdInt.  ISOPE.
[25] سیف م، تابش‌پور م­ر، سلیمانی ا، کرمی م، ملک‌محمدی ج (1399) بررسی فرم­های مقاطع مختلف دماغه مرکزی در میزان بیشینه شتاب در مسئله سقوط آزاد در شناور هارث. فصلنامه دریا فنون 60-46 :(2)7.
[26] شمسی ر (1387) بررسی استحکام طولی شناور تندرو تحت تاثیر فشار اسلمینگ. دهمین سمپوزیوم صنایع دریایی.
[27] زارعی م­ر، محمدی م (1390) بررسی اسلمینگ بر روی یک شناور کامپوزیت کاتاماران به روش المان محدود. سیزدهمین همایش صنایع دریایی.
[28] نجفی م­ر (1397) بررسی اسلمینگ و ویپینگ در سازه شناور. پنجمین کنفرانس بین‌المللی پژوهش‌های کاربردی در مهندسی برق مکانیک مکاترونیک.
[29] Park J (2006) Time domain simulation of hydroelastic response of ships in large amplitude waves. Phd Thesis, University Southampton.
[30] Jensen JJ (2001) Load and global response of ships. Amsterdam Elsevier.
[31] Najmeh M (2016) Estimation of waves and ship responses using onboard measurements. Phd Thesis, Technical University of Denmark.
[32] Das SK,  Baghfalaki M (2014) Mathematical modelling of response amplitude operator for roll motion of a floating body: Analysis in frequency domain with numerical validation. J Marine Sci Appl 13: 143-157
[33]  https://www.aqwa.com.au/
[34] https: //www.ansys.com/ products/ fluids/ ansys - fluent
[35] Mathews, Nandakumar G (2013) Fatigue life estimation of ship structure. Int J Sci Eng Res 4(5).