9608

مدلسازي اجزا محدود يك سازه مغروق در آب و بررسي پاسخ ارتعاشي

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1403

دكتر محمد جواد اشرفي

1403/12/14

مهندسي مكانيك

Finite Element Modeling of an Immersed Structure in Water and Investigation of Its Vibrational Response

در اين پژوهش، به بررسي اثرات حضور سيال بر رفتار ديناميكي يك سازه غوطه‌ور با استفاده از روش اجزاي محدود پرداخته شده است. برهم‌كنش سيال-سازه يكي از مسائل كليدي در مهندسي مكانيك است كه بر تحليل ارتعاشات و پايداري سازه‌هاي غوطه‌ور تأثير مستقيم دارد. هدف اين پژوهش، تحليل جرم افزوده هيدروديناميكي و تأثير آن بر مقادير فركانس‌ طبيعي و شكل مودهاي ارتعاشي يك تير استوانه‌اي غوطه‌ور در آب و ارزيابي دقت روش‌هاي عددي در مدل‌سازي اين پديده است. براي انجام اين تحليل، چهار مدل عددي با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS توسعه داده شده‌اند: مدل اول شامل استخراج ماتريس جرم هيدروديناميكي و مقايسه مقادير آن با روابط تحليلي مي‌باشد. مدل دوم، شامل بررسي پاسخ ارتعاشي سيستم در دو حالت با سيال و بدون سيال و تحليل اثر جرم افزوده بر فركانس‌هاي طبيعي است. در مدل سوم به شبيه‌سازي رفتار ارتعاشي تير معادل با استفاده از المان‌هاي خطي و مقايسه آن با مدل‌هاي سه‌بعدي براي كاهش هزينه‌هاي محاسباتي پرداخته مي‌شود. در نهايت به اعمال كامل ماتريس جرم با استفاده از كدنويسي در ABAQUS و تحليل دقت اين روش نسبت به روش‌هاي ساده‌سازي شده پرداخته مي‌شود. نتايج عددي نشان مي‌دهند كه حضور سيال موجب كاهش قابل‌توجهي در فركانس‌هاي طبيعي سازه شده و جرم افزوده تأثير مستقيمي بر رفتار ارتعاشي سيستم دارد. اين كاهش فركانس به‌ويژه در مودهاي پايين بيشتر است و در برخي از مودها، هر دو عضو جامد به‌طور هم‌زمان در حال ارتعاش هستند كه در حالت بدون سيال مشاهده نمي‌شود. مقايسه بين روش‌هاي مختلف نشان داد كه مدل جرم افزوده دقت مناسبي در پيش‌بيني اثرات سيال دارد، اما عدم اعمال كامل درايه‌هاي غيرقطري ماتريس جرم موجب بروز خطاهايي در برخي مودها شده است. در اين راستا، مدل شماره چهار با اعمال كامل ماتريس جرم، توانست دقت بالاتري در نمايش مودهاي ارتعاشي و تطابق با مدل اصلي ارائه دهد، اما بررسي نمودارهاي مقايسه‌اي نشان داد كه اين روش تأثير محسوسي در كاهش خطاي محاسباتي ندارد. به‌طور كلي، نتايج اين تحقيق تأكيد مي‌كند كه در تحليل برهم‌كنش سيال-سازه، توجه به جرم افزوده و اعمال دقيق آن نقش اساسي در پيش‌بيني صحيح پاسخ ارتعاشي سيستم دارد. تركيب تحليل اجزاي محدود با ديناميك سيالات محاسباتي مي‌تواند دقت مدل‌سازي‌هاي آتي را بهبود بخشد.