ارزیابی تغییرشکل و رفتار ورقهای تقویت‌شده متاثر از خوردگی با رویکرد کاربرد در درب حوضچه‌های خشک ا
ارزیابی تغییرشکل و رفتار ورقهای تقویت‌شده متاثر از خوردگی با رویکرد کاربرد در درب حوضچه‌های خشکچكيده این پایان‌نامه، نتایج یک ارزیابی بر روی تغییرشکل و رفتار ورقهای فولادی تقویت‌شده با رویکرد کاربرد در درب حوضچه خشک را ارائه می‌نماید. ورقهای مورد اشاره، از خوردگی در وجهی که رو به سمت آب دریا می‌باشد، آسیب می‌بینند. سازه مزبور تحت بارهای برون‌صفحه‌ای، به‌ویژه بارهای هیدروستاتیک و موج، آنالیز می‌گردد. یک سری از آنالیزهای اجزاء محدود بر روی درب حوضچه خشک در هر یک از حالات خورده‌شده و خورده‌نشده انجام می‌گیرد. اثرات خوردگی به‌وسیله یک کد کامپیوتری انحصاری به مدل‌های اجزاء محدود اعمال می‌گردند. تاثیرات درصدهای مختلف خوردگی سطح بر روی مشخصات مقاومتی ورق و اثرات مترتب آن بر روی کل سازه ارزیابی می‌گردد. واژه‌های کلیدی: حوضچه خشک، درب، فشار هیدروستاتیک، خوردگی، درب باله‌ای شکل
1.3 اهداف اصلی و حوزه مطالعاتی.. 9 2 بررسی حوضچه‌های خشک و انواع درب‌ها10 2.2 انواع حوضچه‌های خشک حوضی شکل.. 14 2.2.1 حوضچه کاملا هیدروستاتیک... 15 2.3 انواع درب‌های حوضچه‌های خشک... 19 2.3.1 درب‌های تاجی شکل.. 20 2.3.2 درب‌های باله‌ای شکل.. 21 2.3.3 صندوقه‌های لغزشی یا غلتان.. 22 2.3.4 درب‌های صندوقه‌ای شناور23 2.3.5 درب‌های تنظیمی در محل.. 24 2.4 مکانیسم عملیاتی حوضچه‌های خشک... 24 2.5 نمونه‌ای از سوانح رخ داده در حوضچه‌های خشک... 26 3.1 خوردگی فلزات و آلیاژها30 3.2 مکانیسم و مدل‌سازی خوردگی.. 32 3.3 مدل‌های خوردگی موجود. 34 3.3.1 مدل خطی بسط یافته ساوث‌ول.. 35 3.3.2 مدل دوخطی بسط یافته ساوث‌ول.. 35 3.3.3 مدل خوردگی عمومی غیرخطی ملچرز و احمد. 36 3.3.4 مدل غیرخطی ملچرز-ساوث‌ول.. 36 3.3.7 مدل گودز سوارز و گارباتف... 37 3.3.8 مدل خوردگی پایک و همکاران.. 39 3.3.9 مدل خوردگی عمومی اوهیاگی.. 41 3.3.10مدل خوردگی عمومی انجمن تعاونی سازه‌های کشتیهای نفتکش.... 42 3.4 خوردگی درب حوضچه‌های خشک... 43 3.4.1 حوضچه خشک کتچیکان.. 43 3.4.2 حوضچه خشک اسکله دلتا44 4 تحلیل تغییرشکل و رفتار درب حوضچه با احتساب خوردگی.. 48 4.1 مدل‌سازی و آنالیز اجزاء محدود. 50 4.1.2 مشخصات هندسی مدل.. 52 4.1.3 نرم افزار مورد استفاده53 4.1.4 خواص مکانیکی مواد. 54 4.1.5 انواع اجزای محدود مورد استفاده55 4.1.6 مدل دارای خوردگی.. 56 4.1.8 شرایط مرزی و تماسی.. 66 5 نتایج، بحث و تفسیر درخصوص آنها79 5.3.2 بررسی توزیع تنش فون میزز93 5.3.3 بررسی توزیع تنش برشی.. 94 5.3.4 بررسی اثرات افزایش نسبت سطح خوردگی.. 95
شكل 1.1 ورق جان حفره شده چارچوب نگهدارنده یک کشتی فله‌بر.5 شكل 1.2 نمای هر دو سطح یک ورق دارای خوردگی عمومی.6 شكل 2.1 مقطع عرضی از میان بدنه حوضچه حوضی شکل.12 شكل 2.2 مقطع عرضی از میان بدنه حوضچه حوضی شکل در محل درب.12 شكل 2.3 مقطع طولی از میان بدنه حوضچه حوضی شکل.12 شكل 2.4 تصویری از حوضچه خشک حوضی شکل.13 شكل 2.5 نیروهای هیدروستاتیک وارد بر یک حوضچه خشک حوضی شکل.14 شكل 2.6 مقطعی از حوضچه کاملا هیدروستاتیک ثقلی حجمی.16 شكل 2.7 مقطعی از حوضچه کاملا هیدروستاتیک مهار شده.17 شكل 2.8 مقطعی از حوضچه خشک کاملا آزاد.18 شكل 2.9 مقطعی از حوضچه خشک نیمه رها.19 شكل 2.11 درب باله‌ای شکل.22 شكل 2.12 درب صندوقه‌ای در حالت باز.22 شكل 2.13 درب صندوقه‌ای شناور.23 شكل 2.14 ورود ناگهانی آب به داخل حوضچه خشک دوبی.26 شكل 2.15 شناور باری در حال واژگونی در حوضچه خشک دوبی.27 شكل 2.16 غرق شدن شناور SEP350 در حوضچه خشک دوبی.27 شكل 3.1 اشکال اصلی خوردگی.31 شكل 3.2 مدل مفهومی ملچرز برای خوردگی دریایی.34 شكل 3.3 ضخامت ضایعات خوردگی به‌عنوان تابعی از زمان.38 شكل 3.4 خوردگی درب حوضچه شماره یک Ketchikan.43 شكل 3.5 خرابی پوشش حفاظتی و ایجاد خوردگی حفره‌ای در حوضچه Ketchikan.44 شكل 3.6 سمت شرقی حوضچه خشک اسکله دلتا.45 شكل 3.7 تصویری از خوردگی حوضچه خشک اسکله دلتا.46 شكل 3.8 لکه‌های زنگ زدگی و خوردگی موضعی در حوضچه خشک اسکله دلتا.46 شكل 4.1 درب حوضچه خشک پورت ولر.50 شكل 4.2 پلان قرارگیری تقویت‌کننده‌ها بر روی ورق در مدل.51 شكل 4.3 مقطع عرضی تقویت‌کننده‌ها در مدل.51 شكل 4.4 نمای سه‌بعدی مدل درب حوضچه خشک.51 شكل 4.5 نمای سه‌بعدی درشت‌شده مدل درب حوضچه خشک.52 شكل 4.6 مدل دوخطی بهینه‌شده برای منحنی تنش-کرنش.54 شكل 4.7 قطر و عمق خوردگی در خوردگی حفره‌ای.58 شكل 4.8 سطح خورده شده با نسبت 10%.60 شكل 4.9 سطح خورده شده با نسبت 20%.61 شكل 4.10 سطح خورده شده با نسبت 30%.61 شكل 4.11 شبکه بندی مدل برای هندسه سالم.62 شكل 4.12 شبکه‌بندی مدل کلی برای هندسه خورده شده با نسبت 10%.63 شكل 4.13 نمایی نزدیک از شبکه‌بندی هندسه‌ی سطح خورده شده با نسبت 10%.63 شكل 4.14 شبکه‌بندی مدل کلی برای هندسه خورده شده با نسبت 20%.64 شكل 4.15 نمایی نزدیک از شبکه‌بندی هندسه‌ی سطح خورده شده با نسبت 20%.64 شكل 4.16 شبکه‌بندی مدل کلی برای هندسه خورده شده با نسبت 30%.65 شكل 4.17 نمایی نزدیک از شبکه‌بندی هندسه‌ی سطح خورده شده با نسبت 30%.65 شكل 4.18 شرایط تماسی مدل درب حوضچه خشک.66 شكل 4.19 شرایط تکیه‌گاهی مدل درب حوضچه خشک.67 شكل 4.20 اجزای فشار هیدروستاتیکی و دینامیکی موج در فازهای مختلف.69 شكل 4.21 بارگذاری هیدروستاتیک بر روی درب حوضچه خشک.72 شكل 4.22 حل نیوتن-رافسون، یک تکرار.75 شكل 4.23 حل نیوتن-رافسون، تکرار بعدی (i+1).76 شكل 4.24 فرآیند نیوتن-رافسون به‌صورت گام به گام.77 شكل 4.25 روش سختی اولیه در نیوتن-رافسون.78 شكل 5.1 جابجایی درب حوضچه خشک برای نسبت‌های مختلف خوردگی.82 شكل 5.2 توزیع تنش فون میزز درب حوضچه خشک برای نسبت‌های مختلف خوردگی.83 شكل 5.3 توزیع تنش برشی درب حوضچه خشک برای نسبت‌های مختلف خوردگی.84 شكل 5.4 نمودار فشار-جابجایی بیشینه.88 شكل 5.5 نمودار فشار-تنش فون میزز بیشینه.89 شكل 5.6 نمودار فشار-تنش برشی بیشینه.90 شكل 5.7 نمودار فشار-کرنش بیشینه.91 شكل 5.8 تغییر شکل درب حوضچه برای مدل G9.92 شكل 5.9 توزیع تنش فون میزز در درب حوضچه خشک برای مدل G0.93 شكل 5.10 توزیع تنش برشی در درب حوضچه خشک برای مدل G0.94 شكل 5.11 تنش برشی بیشینه، در درب حوضچه برای مدل G6.95 شكل 5.12 نمودار درصد افزایش جابجایی، تنش فون میزز و تنش برشی با افزایش درصد خوردگی.96
جدول 4.1 مشخصات هندسی تقویت‌کننده‌ها.53 جدول 4.2 مقادیر نیروهای هیدروستاتیک در ترازهای مختلف درب حوضچه خشک.70 جدول 5.1 نتایج تحلیل مدل G0 در حالات مختلف بارگذاری.85 جدول 5.2 نتایج تحلیل مدل G3 در حالات مختلف بارگذاری.86 جدول 5.3 نتایج تحلیل مدل G6 در حالات مختلف بارگذاری.86 جدول 5.4 نتایج تحلیل مدل G9 در حالات مختلف بارگذاری.87
علائم لاتين
علائم يوناني
1 مقدمهتوسعه صنعت ناوبری و افزایش حجم تبادلات در بنادر کشور مستلزم فراهم آوری امکانات، تجهیزات و تکنولوژی غنی و به روز در زمینه ساخت، تعمیر و پذیرش شناورهاست. از مهمترین امکانات می‌توان فضای خاص و تجهیزات مورد نیاز برای تعمیر و نوسازی کشتیها و شناورها را ذکر کرد. حوضچه‌های خشک[1] در محدوده‌های ساحلی به‌نحوی که قابلیت برقراری ارتباط ایمن با بدنه آبی به‌منظور انجام عملیات آبگیری و تخلیه را داشته باشند، همراه با جراثقال‌های متحرک با ظرفیت بسیار بالا از جمله این امکانات به‌شمار می‌روند [1]. تمامی کشتیهای جنگی استراتژیک و بیشتر کشتیهای بازرگانی دارای سازه‌های بسیار سنگینی با وزن حدود چند صد تن می‌باشند. چنین کشتیهای سنگینی در بخشهای زیادی از جهان از زمانهای باستان و قبل از سال 1500 میلادی وجود داشته‌اند. اطلاعات بسیار اندکی در خصوص تاسیساتی که بایستی بمنظور سرویس چنین کشتیهایی در دوره ساخت و آب اندازی یا تعمیر آنها در زیر خط آب وجود داشته باشد، در دسترس می‌باشند. در حدود سال 1500 میلادی، چهار روش برای این منظور وجود داشته است: یک کشتی می‌تواند کج شود، بر روی زمین قرار گیرد، به سمت ساحل کشیده شود و یا در حوضچه خشک قرار گیرد. حوضچه‌های خشک، در موقعیتی که دارای جزر و مد قوی می‌باشد حتی در جاییکه کمترین نیاز به آن احساس می‌شود، آسانترین گزینه برای ساخت و بهره‌برداری می‌باشد [2]. حوضچه خشک به‌عنوان یکی از ابنیه‌های به آب‌اندازی و یا خارج نمودن کشتی که عمدتاً به‌منظور تعمیر کشتی در زمانیکه حوضچه فاقد آب باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این حوضچه‌ها قادر به پرشدن به‌وسیله آب دریا در زمان باز‌بودن دیوار متحرک و تخلیه آب بوسیله پمپ‌های مکنده آب در زمان بهره‌برداری و انجام تعمیرات بر روی کشتی می‌باشند. مزیت استفاده از حوضچه‌های خشک در سادگی اجرا و بهره‌برداری از آنها می‌باشد. حوضچه‌های خشک دارای سه دیواره ثابت بتنی بوده و کف آن از نوع کف بتنی وزنی یا دال خمشی می‌باشد که در شرایط خاص ممکن است نیاز به اجرای شمع داشته باشند [3]. این سازه‌ها معمولا از یک طرف به دریا متصل بوده و با یک درب بزرگ از محیط دریا ایزوله می‌گردند. سازه درب حوضچه خشک باید توانایی آب بندی محیط داخل حوضچه را دارا بوده و در برابر فشار آب پشت درب از استحکام کافی برخوردار باشد. همچنین با توجه به ورود و خروج شناورها، امکان برداشتن و جابجا کردن آسان را داشته باشد. از این‌رو استفاده از سازه‌های فلزی با دیواره‌های تقویت شده برای درب حوضچه خشک امری رایج می‌باشد. سازه درب بسته به ابعاد حوضچه ونیروهای وارده از سازه‌های ساده با تقویت‌کننده‌های افقی و عمودی تا سازه‌های دوجداره با قابلیت شناوری می‌تواند متغیر باشد. در ادامه این فصل، اقدام به ارزیابی مساله نموده و مروری بر سوابق مطالعات انجام شده و اهداف اصلی و حوزه مطالعاتی تعریف‌شده برای این پایان‌نامه خواهیم پرداخت. در فصل دوم نیز، با انواع حوضچه‌های خشک و اقسام درب فلزی آنها آشنا خواهیم شد. 1.1 ارزیابی مسالهپانلهای ورقی تقویت‌شده فولادی به‌صورت بسیار گسترده‌ای به‌عنوان اجزای اولیه بسیاری از سیستم‌های سازه‌ای نظیر تیرهای حمال قوسی شکل، هواپیماها، کشتیها و سازه‌های فراساحلی به‌کار برده می‌شوند. سادگی ساخت و نسبت مقاومت به وزن بالای آنها، جذابیت خاصی به اینگونه ورقها داده است. تقویت‌کننده‌ها، وزن بسیار کمی در مقایسه با وزن کل سازه را دارا می‌باشند، در حالیکه به‌میزان قابل توجهی بر پایداری و مقاومت آن تاثیر می‌گذارند [4]. ورقهای تقویت شده بطور معمول شامل یک ورق با تقویت‌کننده‌های با فواصل مساوی جوش‌شده در یک طرف و تقویت‌کننده‌های متقاطع میانی می‌باشند. معمولترین مقاطع عرضی تقویت‌کننده عبارت از مقاطع حبابی، تسمه‌ای، سپری و نبشی می‌باشند [5]. صفحات، در حالات تقویت شده یا تقویت نشده، مهمترین المانهای سازه‌ای در سازه‌های دارای دیواره‌های نازک، مانند کشتیها و سازه‌های فراساحلی می‌باشند [6]. بارهای فشاری درون صفحه‌ای تقریبا بیشترین بارهای وارده بر روی چنین المانهایی هستند. مقاومت ورقها و المانهای ورقهای تقویتی بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی تاثیر می‌گذارد [7]. در طراحی کشتیها و سازه‌های فراساحلی، ضروری است اطمینان حاصل کنیم که سازه دارای مقاومت کافی برای تحمل شرایط بارگذاری حدی[2]باشد. مقاومت ورقها و ورقهای تقویت شده بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی یا مقاومت نهایی کل سازه تاثیرگذار می‌باشند [6]. از سوی دیگر، کشتیها و سکوهای فراساحلی در یک محیط دریایی تهاجمی بکار برده می‌شوند. در اثر فعل و انفعالات بین ساختارهای فلزی کشتیها و سکوهای فراساحلی با محیط دریایی، خوردگی ایجاد می‌شود [7]. مشکلات خوردگی و مربوط به خوردگی بعنوان مهمترین فاکتورهایی که سبب فروافت سازه‌ای مرتبط با سن کشتیها و بسیاری از سایر انواع سازه‌های فولادی می‌گردند، شناخته می‌شوند. خوردگی دارای اثر مضری از نقطه نظر ایمنی می‌باشد و می‌تواند موجب رخنه در ضخامت[3]، ترکهای خستگی[4]، شکستگی ترد[5] و گسیختگی ناپایدار[6]شود. چنین تاثیراتی بسته به نوع کشتی یا سازه‌های فراساحلی، می‌تواند سبب خطرات جانی و آلودگی‌های زیست محیطی گردد. کمیته ساختمان کشتی[7]، هشت نوع طبقه‌بندی را برای خوردگی تعریف نموده است. این طبقه‌بندیها مشتمل بر خوردگی یکسان یا عمومی، خوردگی گالوانیکی، خوردگی ناشی از ترک مویی، خوردگی حفره‌دار، خوردگی درون دانه‌ای، فروشست انتخابی[8]، خوردگی سرعت و ترکهای خوردگی تنشی می‌باشند. بعلاوه، این موضوع بایستی تاکید گردد که انواع خوردگیهای مزبور از یکدیگر کاملاً مستقل نبوده و درجات معینی از همپوشانی بین آنها برقرار است [6]. خوردگی در سازه‌های دریایی عمدتا به دو شکل خوردگی عمومی و خوردگی محلی دیده می‌شود. عموماً، خوردگی حفره‌دار بعنوان بیشترین حمله خورنده محلی شناخته می‌شود و در مقایسه با کل سطح درمعرض، نسبتاً کوچک می‌باشند. بعنوان مثالی از خوردگی عمومی می‌توان به چارچوبهای نگهدارنده کشتیهای فله‌بر که دارای پوشش محافظتی نظیر رنگهای اپوکسی می‌باشند، اشاره نمود [7]. خوردگی حفره دار، در سازه‌های فولادی که در تماس با آب هستند یا در معرض شرایط آب و باد هستند، همچنین در مخازن حامل محموله‌های مایع ایجاد می‌شود (شكل 1.1). معمولاً سوراخها در امتداد گرانش رشد می‌نمایند. حفره‌های خیلی عمیق می‌توانند سبب ایجاد سوراخ در صفحه گردیده و ممکن است سبب آلودگی جدی شوند. حفره‌ها در ورقهایی که زیر آب نمی‌روند و یا صرفاً در معرض اسپری آب هستند، ایجاد نمی‌شوند. در صورت مشاهده خوردگی متمرکز در چارچوبهای نگهدارنده فله‌برها، محلهای حملات خورنده که حفره‌ای هستند نسبتاً بزرگ می‌باشند (تقریباً تا قطر 50 میلی‌متر) [6].
[1]Dry Docks [2]Extreme Loading Situation [3]Thickness Penetration [4]Fatigue Cracks [5]Brittle Fracture [6]Unstable Failure [7]Ship Structure Committee [8]Selective Leaching جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |
