پایان نامه مکانیک -تخمین عمر مهارکننده افقی سکوی حفاری نیمه شناور براساس خستگی کلاسیک

پایان نامه مکانیک تخمین عمر مهارکننده افقی سکوی حفاری نیمه شناور براساس خستگی کلاسیک

پایان نامه مکانیک -153 صفحه

((فایل  Word و  قابل ویرایش می باشد.))

بعد از پرداخت به راحتی همان لحظه می توانید آن را دانلود کنید.

تخمین عمر مهارکننده افقی سکوی حفاری نیمه شناور براساس خستگی کلاسیک

Horizontal Horsepower Estimation of Semi-Floating Drilling Platform Based on Classic Fatigue

  قیمت انجام پایان نامه  از 100 هزار تومان تا 4 میلیون تومان متغیر است که پایان نامه های  آماده قیمت ناچیزی دارند.

پس منصف باشید و قیمت ها را با هم مقایسه کنید.

((((پایان نامه ها و تحقیق های تخصصی سایت حاصل زحمت محققین سایت می باشد و  اینترنتی نیست.))))

چکیده

با توجه به گسترش روز‌افزون صنعت و به دنبال آن افزایش تقاضای انرژی‌های فسیلی و نیز محدودیت منابع نفت و گاز در سواحل و مناطق کم‌عمق، توجه هر چه بیشتر به مناطقی با عمق زیاد ضروری و اجتناب‌ناپذیر است. سکوهای نیمه‌شناور یکی از بهترین و مناسب‌ترین گزینه‌ها برای این منطقه در فعالیت‌های مختلف اکتشاف، حفاری، استخراج و تولید است. بر این اساس ضرورت دارد، عمر اعضای بحرانی شناور قبل از خرابی تخمین زده شود تا عملیات اکتشاف و یا بهره‌برداری بدون وقفه و بصورت دائم و با کمترین هزینه انجام پذیرد. از آنجا که وجود بارهای متناوبی از جمله بارهای موج، جریانهای دریایی و ... در محیط دریا یکی از دلایل اصلی خرابی اعضا در اثر خستگی است در این پایان‌نامه با توجه به شرایط محیطی دریای خزر یک سکو حفاری نیمه‌شناور انتخاب شده است. ابتدا سکو در نرم‌افزار Ansys مدلسازی می‌شود و امواج متفاوتی در 8 جهت 0 تا 360 درجه به سکو تابش داده می‌شود. پس از مدلسازی و تحلیل هیدرودینامیکی سکو در هر حالت تابش موج که با استفاده از تئوری موریسون انجام خواهد گرفت، نیروها و لنگرهای داخلی در هر مقطع از مهارکننده افقی محاسبه می‌گردد و محل بحرانی مهارکننده برای بدست آوردن عمر خستگی با توجه به راستاهای مختلف تابش امواج انتخاب می‌شود. سپس اتصال ستون به مهارکننده (شامل مقطع بحرانی مهارکننده) در نرم‌ افزار  Abaqus مدلسازی  می‌شود. آنگاه هر یک از 8 حالت بارگذاری بطور مجزا به اتصال اعمال می‌گردد. بارگذاری‌های اعمال شده به اتصال نتایج تحلیل هیدرودینامیکی است که در قسمت قبل بدست آمده است. سرانجام عمر مهارکننده افقی از چندین دیدگاه خستگی کلاسیک و به‌کمک کد نویسی در نرم افزار Matlab محاسبه خواهد گردید.

کلمات کلیدی: سکوی حفاری نیمه‌شناور، آنالیز دینامیکی، نیروهای هیدرودینامیکی، مهار‌کننده‌ افقی، خستگی کلاسیک

 

فهرست مطالب:

1.معرفی مساله و نگاهی بر تاریخچه و انواع سکو‌های دریایی

1-1. ﻣﻌﺮﻓﯽ ﻣﺴﺎﻟﻪ    

1-2. اﻫﻤﯿﺖ ﻣﺴﺎﻟﻪ    

1-3. ﻫﺪف از ﺗﺤﻘﯿﻖ ﺣﺎﺿﺮ      

1-4. روﻧﺪ ﺗﺤﻘﯿﻖ ﺣﺎﺿر 

1-5. مقدمهای بر سکوهای دریایی     

1-5-1. تاریخچه احداث سکوهای فراساحلی   

1-5-2. سکوهای ثابت 

1-6. سکوهای شناور و متحرک

1-7. بررسی سکوهای مناسب جهت استقرار در خلیج همیشه فارس

1-8. بررسی سکوهای مناسب جهت استقرار در دریای خزر    

1-9. معرفی سکوی حفاری نیمه‌شناور مورد مطالعه   

1-9-1. نیمه شناور مورد مطالعه        

1-10. کاربرد مصالح در سكوهای دریایی        

1-11. پیشینه تحقیق  

2.مکانیک موج و مبانی نیروهای وارد بر سکوهای دریایی

2-1. مقدمه   

2-2. کلیات مکانیک امواج       

2-2-1. کلیات  

2-2-2. مبانی موج و طبقه‌بندی امواج  

2-3. معادلات حاکمه در تئوری‌های امواج        

2-4. تئوری موج دامنه کوتاه (موج ایری)

2-5. امواج استوکس  

2-6. امواج کنویدال     

2-7. نیروهای وارده بر سکوهای دریایی

2-7-1. بارهای دائمی (مرده)  

2-7-2. بارهای کارکردی متغیر (زنده)   

2-7-3. بارهای محیطی

2-7-4. بارهای ناشی از ساخت، حمل و نصب 

2-7-5. بارهای تصادفی

2-8. نیروهای هیدرودینامیکی وارده بر سکوهای دریایی

2-8-1. نیروی باد        

2-8-2. نیروی جریان    

2-8-3. نیروهای ناشی از امواج

3.مروری بر دیدگاه خستگی کلاسیک

3-1. ﺗﻌﺮﯾﻒ ﺧﺴﺘﮕﯽ  

3-2. ﻣﮑﺎﻧﯿﺰم ﺧﺴﺘﮕﯽ 

3-3. بارگذاری متناسب و نامتناسب

3-4. مرور و بررسی روش‌های پیش‌بینی عمر خستگی چند‌محوره از دیدگاه کلاسیک   

3-4-1. روشهای پیش‌بینی عمر خستگی چند‌محوره پر‌چرخه‌(HCF)     

3-4-1-1. معیارهای تنش معادل         

3-4-1-2. روش‌های صفحه بحرانی بر مبنای تنش       

3-4-1-2-1. تئوری سینس      

3-4-1-2-2. تئوری فیندلی      

3-4-1-2-3. تئوری مک دیارمید 

3-4-1-2-4. بحث برای مدل‌های صفحه بحرانی بر مبنای تنش 

3-4-1-3. روش‌های انرژی       

3-4-1-4. بحث و توصیه‌ها در مورد کاربرد مدل‌های تنش پایه    

3-4-2. پیش‌بینی عمر خستگی چند‌محوره کم‌چرخه‌( LCF)     

3-4-2-1. روش‌های کرنش معادل       

3-4-2-2. مدل‌های صفحه بحرانی بر مبنای کرنش      

3-4-2-2-1. مدل صفحه بحرانی بران و میلر    

3-4-2-2-2. مدل صفحه بحرانی فاطمی و سوشی    

3-4-2-2-3. مدل صفحه بحرانی اسمیت، واتسون وتاپر(SWT)

3-4-2-3. روشهای انرژی پایه  

3-4-2-3-1. مدل مورو 

3-4-2-3-2. مدل گارود 

3-4-2-3-3. مدل الین  

3-4-2-4. مدل‌های ترکیبی صفحه بحرانی و انرژی      

3-4-2-4-1. مدل ترکیبی صفحه بحرانی و انرژی لیو     

3-4-2-4-2. مدل ترکیبی صفحه بحرانی و انرژی چو و کونلی و بانن     

3-4-2-5. بحث کلی مدل‌های پیش بینی عمر خستگی چند محوره کم چرخه (LCF)   

3-5. روش‌های تعیین عمر خستگی اتصالات لوله‌ای    

3-5-1. روش متعینه    

3-5-2. روش طیفی    

3-6. آﺳﯿﺐ ﺗﺠﻤﻌﯽ ﻧﺎﺷﯽ از ﺑﺎرﮔﺬاری ﺑﺎ داﻣﻨﻪ ﻣﺘﻐﯿﺮ  

4.مدل‌سازی سکوی نیمه شناور مورد مطالعه و آنالیز دینامیکی

4-1. مقدمه   

4-2. مدل‌سازی سکوی نیمه شناور    

4-2-1. مشخصات سکوی مورد مطالعه

4-2-2. ﻣﺪل ﮐﺮدن ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻣﻬﺎر ﺑﻨﺪی (کابل‌ مهارکننده) ﺳﮑﻮی ﻧﯿﻤﻪﺷﻨﺎور مورد مطالعه        

4-2-3. ﻣﺪلﺳﺎزی ﺑﺪﻧﻪی ﺳﮑﻮی ﻧﯿﻤﻪﺷﻨﺎور مورد مطالعه      

4-3. شرایط محیطی دریای خزر          67

4-4. صحت سنجی مدلسازی و تحلیل هیدرودینامیکی 

4-5. تحلیل دینامیکی سکو حفاری نیمهشناور مورد مطالعه     

5.تحلیل تنش-کرنش و تعیین عمر خستگی مهارکننده افقی

5-1. مقدمه   

5-2. انتخاب تئوری خستگی کلاسیک مناسب جهت تخمین عمر مهار کننده افقی      

5-3. خواص و ثابت‌های ماده   

5-3-1. تعیین ثوابت موجود در تئوری خستگی کلاسیک سینس         

5-3-2. تعیین ثوابت موجود در تئوری خستگی کلاسیک مک‌دیارمید     

5-4. مدل‌سازی اتصال بحرانی 

5-4-1. ابعاد هندسی مدل اجزا محدود اتصال  

5-4-3. بارگذاری و شرایط مرزی

5-4-4. شبکه بندی اتصال      

5-4-5. صحت مدل‌سازی       

5-5. موقعیت نقاط انتخاب شده بر روی مهارکننده جهت انجام تحلیل خستگی 

5-6. تحلیل تنش و تعیین عمر خستگی مهارکننده      

5-7. تعیین میزان آسیب سالیانه و عمر خستگی نهایی         

6.نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1. مقدمه   

6-2. نتایج      

6-3. پیشنهادات        

پیوست الف    

پیوست ب      

    مراجع

 

منابع:

]1[     ﻧﺸﺮﯾﻪ اﮐﻮﻧﻮﻣﯿﺴﺖ و ﺑﺮآورد ﻫﺰﯾﻨﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻧﻔﺖ ﺧﺎم در ﻧﻘﺎط ﻣﺨﺘﻠﻒ دﻧﯿﺎ

[2]     H.Patel,Dynamics of Offshore Structure,Butterwor.,1989.

[3]     Bai, Yang, Marine Structure Design, Elsevier Science Ltd, 2000.

]4[    کبیر صادقی، مهندسی سواحل، بنادر و سازه­های دریایی، انتشارات دانشکده صنعت آب و برق (شهید عباسپور)، 1380.

[5]     Gerwick, Cliff. Construction of Marine and Offshore Structures. CRC Press, 2002.

[6]     Hooft, Jan Pieter. Advanced Dynamics of Marine Structures. New York: Wiley, 1982.

[7]     Chakrabarti, Subrata. Handbook of Offshore Engineering (2-volume set). Vol. 1. Access Online via Elsevier, 2005

[8]     James F. Wilson, Editor. Dynamics of Offshore Structures. John Wiley & Sons, Inc.2003.

]9[     مستندات دریافتی از شرکت نفت خزر

]10[  آیین نامه طراحی بنادر و سازه­های دریایی ایران، نشریه شماره 9-300، 1385.

[11]   M.E.A. Yassir1, V.J. Kurian.,2002, Time domain hydrodynamic analysis of Semi-submersible platforms, Civil Engineering Department ,Universiti Teknologi PETRONAS.

[12]   Mendes AC, Kolodziej JA, Correia HJD. Numerical Modeling of Wave-Current Loading on Offshore Structures. International Conference on Fluid Structure Interaction II, Cadiz, Spain (2003): 85–96

[13]   Agarwal, A. K., and A. K. Jain. "Nonlinear Coupled Dynamic Response of Offshore Spar Platforms Under Regular Sea Waves." Ocean Engineering 30.4 (2003): 517-551

]14[   زراره حاج اسماعیل نوری، محمد جواد کتابداری، " محاسبه عمر خستگی شناور آلومینیومی به روش متعین توسعه یافته"، هشتمین همایش صنایع دریایی، بوشهر، آبان 1385.

]15[   علی یقطین، حسن صیادی. " بررسی اثرات ناشی از خستگی در اتصالات سکوی جک­آپ در دریای­خزر" نشریه مهندسی دریا،7، 1387.

[16]   Det Norske Veritas (DNV), “Rules for the Design, Construction and Inspection of Offshore Structures”, 1981

[17]   API–RP-2A-1993, “Recommended Practice for Planning, Design, Construction and Inspection of Offshore Structures-Working Stress Design”

]18[   حمید گل­پور، مهدی شفیعی­فر. "بررسی میزان تأثیر مشخصات هندسه سکوهای نیمه‌شناور در رفتار حرکتی آنها" چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، اردیبهشت 1387

[19]   Elshafey, Ahmed A., Mahmoud R. Haddara, and H. Marzouk. "Dynamic Response of Offshore Jacket Structures Under Random Loads." Marine Structures 22.3 (2009): 504-521

[20]   H.G. Pisarski, G.S. Booth and P.Morvan, Life Extension For a Semi-Submersibe Drilling Rig, Abington, Cambridge, CB1 6AL,UK, 2009

[21]   Wenhui Xie Bin Xie., 2010, Study on Simplified Fatigue Assessment Method For Semi-Submersible Rig in South China Sea, The International Society of Offshore and Polar Engineers (ISOPE).

]22[   محمد جواد کتابداری، سینا میرزایی صفت. "تحلیل دینامیكی اندركنش امواج خطی با سكوی شناور اسپار"  نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری 45.1 ،1390: 52-45

]23[   مرتضی کلاهدوزان، امیدرضا طاهری، میثم بالی، هادی قاسمی ورجانی."مدلسازی عددی تنش‌های ایجاد شده در اثر امواج برخوردی به موج‌شکن‌های شناور"پنجمین همایش ملی صنایع فراساحل،خرداد 92

[24]   Orjan Fredheim. Fatigue Analysis of Column-Brace Connection in a Semi- submersible Wind Turbin, Norwegian University of Science andTechnology Department of Marine Technology,2012

]25[   سید محمد محسنی ارمک، احمدرضا مصطفی قره باغی. "تأثیر صفحات Heave بر روی رفتار هیدرودینامیکی سکوی حفاری نیمه‌شناور امیرکبیر" دهمین همایش بین­المللی سواحل، بنادر و سازه­های دریایی، آذر 91

[26]   Sarpkaya, Turgut, and Michael Isaacson. Mechanics of Wave Forces on Offshore Structures. Vol. 96. New York: Van Nostrand Reinhold Company, 1981

[27]   Robert G.Dean,Robert A.Dalrymple., Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists, Elsevier Science Ltd, 1984

[28]   Newman, John N. Marine Hydrodynamics. The MIT press, 1977

[29]   Muga, Bruce J. "Statistical Descriptions of Offshore Waves." Chaper 6 (2003): 144-164

[30]   Sea, Robert, and Ngok Lai. "Hydrodynamic Loading on Offshore Platforms." Offshore Technology Conference. 1978

[31]   Chatjigeorgiou, Ioannis K. "Hydrodynamic Exciting Forces on a Submerged Oblate Spheroid in Regular Waves." Computers & Fluids 57 (2012): 151-162

[32]   Newman, J. N. "Efficient Hydrodynamic Analysis of Very Large Floating Structures." Marine Structures 18.2 (2005): 169-180

[33]   API-RP2P,1987, Analysis of Spread Mooring Systems for Floating Drilling Units

[34]   Chakrabarti, Subrata Kumar. ،"Hydrodynamics of Offshore Structures: Mathematical Theory and its Applications in Structures."، 1987

]35[   سینا میرزایی صفت، محمد جواد کتابداری، "تحلیل دینامیکی سازه­های دریایی بر اساس تئوری تفرق" ،نهمین همایش صنایع دریایی، آبان 1386.

 [36]  Ralph l. Stephens, Ali Fatemi.  “Metal Fatigue in Engineering, 2nd Edition. Wiley” .2000.

]37[   رحمت الله قاجار، محسن قاجار، تحلیل سازه‌های مکانیکی تحت خستگی چند محوره، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، 1389.

[38]   Since, G., Behavior of Metals Under Complex Static and Alternationg   Stresses, in Metal Fatigue, G. Since and J.L. Waisman, cds., MeGraw-Hill, New York, 1959 , pp. 145-169.

[39]   Findley, W.N., Combined Fatigue Strength of 76S-T61 Aluminum Alloy with Superimposed Mean Stresses and Correction for Yielding, NACA TN 9224, National Advisory Committee for Aeronautics, Washington.DC, 1953,90pp.

]40[   غلامرضا راشد، "پیش بینی عمر خستگی لوله حفاری" ،رساله دکتری.دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،1385.

[41]   Fatemi. A., and Socie, D., Fatigue life Estimate for Bluntly Notched Members, Journal of Engineering Materials and Technology, Transactian of ASME,. Vol. 102,pp. 153-158. 1980.

[42]   Garud, Y.S., A New Approach to the Evalution of Fatigue under Multiaxxial Loading,Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 103,1981, pp. 118-126.

]43[   امین غیور،"بررسی رفتار خستگی سکوی نیمه‌شناور ایران البرز و سیستم مهاربندی آن"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی سهند، 1389.

]44[   علی یقطین،"بررسی اثرات ناشی از خستگی در اتصالات سکوی جک آپ در دریای خزر" ، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، 1384.

]45[   رفتار مکانیکی مواد، تالیف نرمن دالینگ ترجمه: حمید رضا جاهد مطلق، رضا غفوری آهنگر و بهنام کاظمی، انتشارات دانشگاه علم و صنعت، 1385.

[46]   Lee M.M.K.,’’Sterngth, Stress and Fracture Analysis of Offshore Tubular Joints using Finite Elements’’ Journal of Constructional Steel Research, pp.265-286. 1999.

[47]   DNV–RP-C203, “Fatigue Design of Offshore Steel Structure”, 2011.