Υπολογισμός γραμμικοποιημένων συντελεστών απόσβεσης λόγω της κίνησης λεπτογραμμών θαλάσσιων κατασκευών σε ρευστό περιβάλλον

Abstract

Στόχος της παρούσας εργασίας, είναι η εκτίμηση του μεγέθους της διαχεόμενης ενέργειας και μέσω αυτής των συντελεστών απόσβεσης C για χρονικό διάστημα μιας περιόδου, σαν αποτέλεσμα της κίνησης λεπτόγραμμης κατασκευής τύπου riser (λεπτομήκης κατακόρυφος σωλήνας) μέσα στο νερό, κάτω από την επιβολή διαφόρων διεγέρσεων, πλατών και συχνοτήτων διέγερσης στην κορυφή του (άνω άκρο). Τα μεγέθη των προαναφερθέντων συντελεστών εξετάστηκαν για τη διεύθυνση x, τόσο σε πειραματικό μοντέλο όσο και σε πέντε πραγματικά, για διαφορετικά βάθη νερού. Επιπρόσθετα εκτιμήθηκαν οι μεταβολές της τάσης, ροπής, ταχυτήτων (εφαπτομενικής και κάθετης στο riser) και διατμητικής δύναμης κατά μήκος του ολικού (ανηρτημένου) μήκους των διαφόρων τύπων risers, για χρονικό διάστημα δύο περιόδων. Η επίλυση του δυναμικού, μη γραμμικού αυτού προβλήματος, πραγματοποιήθηκε στο πεδίο του χρόνου, με χρήση κωδίκων σε γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN, βάση μιας προέκτασης της μεθόδου των πεπερασμένων διαφορών (The Keller Box Finite Differences Method), για λεπτόγραμμες κατασκευές τύπου riser μη μηδενικής καμπτικής ακαμψίας ΕΙ. Τέλος έγινε υπολογισμός των συντελεστών απόσβεσης για διάφορα πλάτη, διεγέρσεις και συχνότητες διέγερσης στην κορυφή, ενδεικτικά ενός πραγματικού μοντέλου με ΕΙ = 1 Nm², ούτως ώστε να εκτιμηθεί ο βαθμός απόκλισης των νέων τιμών αυτών από τις αρχικές (με ΕΙ = 0.1209 109 Nm²), στην περίπτωση που το riser συμπεριφέρεται σαν γραμμή αγκύρωσης για την οποία ισχύει ότι ΕΙ ≈ 0 Nm².

This paper deals with the evaluation of the magnitude of dissipation energy and through it of damping coefficients C for one period, as a result of the motion of catenary shaped riser through the water, under the imposition of a variety of excitations, amplitudes and excitation frequencies at the top. The magnitude of damping coefficients C, was evaluated for direction x, for an experimental and five real models respectively, for several water depths. The changes of tension, bending moment, velocities and shear force, along the suspended length of the riser, were also evaluated for two periods. The solution of this dynamic, non linear problem, realized in the time-domain, by an extension of the Keller Box Finite Differences Method for slender structures, like risers, that have non zero bending stiffness ΕΙ. Finally, the damping coefficients for several amplitudes, excitations and excitation frequencies at the top, were calculated suggestively for one real model with ΕΙ = 1 Nm², in order to evaluate the declination of the new values in terms of the initial ones (with ΕΙ = 0.1209 109 Nm²), in the case that the riser behaves as a mooring line which has ΕΙ ≈ 0 Nm².