Home >Documents >CURS_X_Cazuistica tipurilor de forte.pdf

CURS_X_Cazuistica tipurilor de forte.pdf

Date post:12-Sep-2015
Category:
View:221 times
Download:2 times
Share this document with a friend
Transcript:
  • CURS 10SISTEME MARIME

    NECONVENIONALE

    Cazuistica trecerii de la fore de natur vscoas la fore de

    natur potenial

  • 1. Cazul preponderenei forelor de natur vscoas

  • Formularea problemei

    Este practic o exemplificare a cazului n care forele preponderente sunt de natur vscoas. Dup cum a fost precizat modul de rezolvare a problemei comportrii diverselor floating bodies avnd o special geometry depinde de mai muli parametri.

    Principala problem const n alegerea metodei adecvate pentru determinarea forelor de excitaie date de mediul nconjurtor (problema difracie) i a micrilor structurii (problema radiaiei).

  • Complexitatea problemei trebuie s aib n vedere 3 aspecte definitorii:- Tipul structurii plutitoare avnd n vedere

    principalele dimensiuni;- Principala surs de excitaie: valul;- Principiul de meninere pe locaie.Prin urmare principalele probleme care trebuie considerate este legat, pe de o parte de interferena dintre corp i cmpul de valurinumit i transparen hidrodinamici respectiv interaciunea dintre corp i sistemul de meninere pe locaie numit i elasticitatea legturilor.

  • Principiile de meninere pe locaie:- Fixarea n solul marin (specific structurilor tip jacket);- Aezarea gravitaional, specific platformelor fixe;- Ancorarea cu lanuri, cabluri, parme sintetice sau combinaii, cu sau far flotabiliti sau mase integrate n geometria liniilor specifice unei categorii largi de structuri plutitoare sau nave;- Legturi de tip TL (Tension Leg);- Poziionarea dinamic (Dynamic Positioning) specifice navelor tehnice care opereaz n mare deschis.

  • Cazul unei structuri hybride asupra crei acioneaz att fore de natur potenial ct i fore de natur vscoase.

  • Reamintim c pentru cazul elementelor tip bar criteriul de evaluare a tipului de for l reprezint raportul dintre diametrul elementului i lungimea valului. Dac

    D/ < 1/5 atunci efectele difraciei pot fi neglijate, forele de natur vscoase sunt predominante.Acest aspect presupune utilizarea bine cunoscutei relaii Morison OBrien.n acest caz fora total datorat aciunii unui val armonic elementar (Airy) asupra unui cilindru de diametru D este exprimat ca o sum a dou componente: una de natur inerial i una nestaionar de natur vscoas.

  • = t

    Txksin)kh(sinh

    )kz(coshkTH pi

    Aplicaia a fost realizat pentru un element de tip bar. Pentru mrirea preciziei de calcul cilindrul a fost mprit n 50 de fii echidistante. Integrarea s-a realizat pe suprafaa udat iniial n cazul valului sinusoidal i respectiv pe suprafaa udat instantanee a cilindrului n cazul utilizrii teoriei valului de pant finit.n aplicaie a fost considerat mai nti teoria liniar a valului elementar sinusoidal (valul Airy) pentru care funcia potenial de vitez are expresia:

  • Raportul dintre lungimea valului i adncimea apei indic utilizarea unei teorii de val de amplitudine finit. Aplicaia s-a fcut i pentru valul Stokes de ordinul V.Funcia potenial de vitez i valorile cinematice i dinamice ale particulei de fluid au formulrile conform datelor din literatura clasic de specialitate. n ambele aplicaii coeficienii cM i cD avut aceleai valori.Aceast aplicaie subliniaz importana teoriei de val utilizate n estimarea forelor date de aciune valurilor.

  • -60

    -40

    -20

    0

    20

    40

    60

    80

    0 3/2 2Fx

    [

    K

    N

    ]

    T [rad]

    Stokes V, [61], [107] Stokes V, FORVIO Airy, FORVIO

  • Importana acestei aplicaii const n posibilitatea determinrii forelor hidrodinamice date de aciunea valurilor asupra structurilor compuse din elemente tip bar, dar i pentru alte categorii de structuri pentru care formele geometrice pot fi asimilate cu cilindri circulari echivaleni. O precizare important se refer la alegerea coeficienilor cM i respectiv cD.

    n aplicaiile practice inginereti valorile acestorcoeficieni sunt n majoritatea cazurilor date de intrareimpuse fie de societile de clasificare fie declieni/armatori urmare studiilor efectuate pentrusituaiile concrete de amplasare a structurii.

  • O aplicaie complex a fost realizat pentru o structur tip jacket care a fost amplasat n Marea Neagr, prezentat n fotografie, modelul fiind realizat la scara 1:25. Pentru verificarea dimensionrii structurii a fost necesar determinarea forelor hidrodinamice pe componente i totale precum i forele din nodurile reelei de bare (72 noduri si 168 bare). Calculele au fost efectuate pentru cD = 1,4 i pentru cM = 2,0, teoria de val utilizat fiind teoria valului Stokes de ordinul V.

  • 010

    20

    30

    40

    50

    60

    8 9 10 11 12 13

    Fy [KN]

    T [s]

    0 45 90

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    8 9 10 11 12 13

    Fx [KN]

    T [s]

    0 45 90

    Forele hidrodinamice longitudinale, Fx pentru structurade tip jacket

    Forele hidrodinamice laterale, Fy pentru structurade tip jacket

  • 02

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    8 9 10 11 12 13

    Fz [KN]

    T [s]

    0 45 90

    50

    52

    54

    56

    58

    60

    62

    64

    8 9 10 11 12 13

    Ftot [KN]

    T [s]

    0 45 90

    Forele hidrodinamice verticale, Fz pentru structurade tip jacket

    Forele hidrodinamice totale, Ftot pentru structurade tip jacket

  • Concluzii caracteristice acestui caz:- Forele hidrodinamice depind de teoria de val

    specific locaiei considerate (n general definit prin raportul dintre lungimea valului i adncimea apei);

    - Pentru o structur tip jacket, momentul de rsturnare dat de aciunea valului este important pentru definirea meninerii pe locaie;

    - Precizia calculului depinde de nivelul de discretizare a elementelor de bar;

    - O problem complex o constituie alegerea coeficienilor cM i cD din ecuaia Morison.

  • 2. Cazul corpurilor mixte cnd forele sunt att de

    natur vscoas ct i de natur potenial(semisubmersibil)

  • n vederea investigrii fenomenelor hidrodinamice complexe a fost realizat un program de cercetare avnd ca obiect de studiu o structur plutitoare de tip semisubmersibil.Calculele au constat n determinarea funciilor de rspuns n frecven ale amplitudinilor micrilor corpului i a fazelor acestora, n valuri regulate, n condiiile plutirii libere, avnd ca referin centrul de greutate al structurii. Acestea au fost realizate pentru modelul rezultat prin transpunerea la scara 1:64. Forma i dimensiunile principale ale modelului semisubmersibilului SR192 sunt prezentate n figur, iar unele date generale privind condiiile de calcul, impuse pentru analiza comparativ, sunt prezentate n tabel.

  • Modelul semisubmersibilului ITTC SR192 folosit ncercetarea experimental (scara 1:64)

  • Lungimea corpului inferior 1,797 mLimea la nivelul corpurilor

    inferioare1,172 m

    Pescaj 0,313 mCoordonatele centrului de greutate (G)

    xG = 0 m, yG = 0 m, zG = 0,273 m (fa de linia de baz)

    Deplasamentul n ap dulce 130,3 kgfAdncimea apei 3,0 mDirecia valului 0o, 45o, 90o

    nlimea valului 0,046 mGama de perioade ale valului 1 s 4 s

  • Discretizarea structurii utiliznd panouri rectangulare

    (418 x 4 = 1672 elemente)

  • Determinarea experimental a

    forelor de difracie n bazinul RAS

    Determinarea experimental a

    forelor de difracie n bazinul MO

  • az,y,x'z,y,x

    LFF = a

    ,,'

    ,,

    MM

    =

    0 .0

    0 .5

    1.0

    1.5

    2 .0

    0 .5 1.0 1.5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5T [ s]

    F ' x

    0 F roude- Krylo f f 4 5 F ro ude- Krylo f f 0 D if ract ie 4 5 D if ract ie

    Fore de excitaie (surge force), Fx,

    datorate valului incident i difraciei

    0 .0

    1.0

    2 .0

    3 .0

    4 .0

    5.0

    0 .5 1.0 1.5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5T [ s]

    F ' y

    9 0 F roude- Krylo f f 4 5 F roude- Krylo f f9 0 D if ract ie 4 5 D if ract ie

    Fore de excitaie (sway force), Fy,

    datorate valului incident i difraciei

  • 0 .0

    0 .5

    1.0

    1.5

    2 .0

    2 .5

    3 .0

    3 .5

    0 .5 1.0 1.5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5T [ s]

    F ' z

    9 0 F roude- Krylo f f 9 0 D if ract ie

    Fore de excitaie (heave force) Fz,

    datorate valului incident i difraciei

    Momentul de excitaie (roll moment)

    M, datorat valului incident i difraciei

    0 .0

    0 .2

    0 .4

    0 .6

    0 .8

    1.0

    1.2

    0 .5 1.0 1.5 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5

    T [ s]9 0 F ro ud e- Krylo f f 4 5 F ro ud e- Krylo f f9 0 D if ract ie 4 5 D if ract ie

    M

  • Schem de discretizre echivalent pentru utilizarea metodei Morison & OBrian

  • 2 0 0 0

    3 0 0 0

    4 0 0 0

    50 0 0

    6 0 0 0

    0 10 2 0 3 0 4 0T [ s]

    F y [ KN ]

    4 5 FOR M IO

    4 5 FOR V IO

    Compararea forei de excitaie (sway

    force), Fy, utiliznd teoria potenial

    3-D i ecuaia Morison OBrian

    50 0

    150 0

    2 50 0

    3 50 0

    4 50 0

    0 10 2 0 3 0 4 0T [ s]

    F x [ KN ]

    4 5 F ORM IO

    4 5 F ORV IO

    Compararea forei de excitaie

    (surge force), Fx, utiliznd teoria

    potenial 3-D i ecuaia Morison

    OBrian

  • 010 0 0

    2 0 0 0

    3 0 0 0

    4 0 0 0

    50 0 0

    6 0 0 0

    70 0 0

    0 10 2 0 3 0 4 0T [ s]

    F z [ KN ]

    4 5 FOR M IO

    4 5 FOR V IO

    Compararea forei de excitaie (heave force)

    Fz, utiliznd teoria potenial 3-D i ecuaia

    Morison OBrian

  • Momentul de difracie de ruliu (roll

    moment), M (I)

    0 .0

    5.0

    10 .0

    15.0

    2 0 .0