Υπολογισμός της διάρκειας ζωής σε κόπωση γραμμής αγκύρωσης με ντετερμινιστικές και στοχαστικές μεθόδους ανάλυσης

Μόσιαλος, Νικόλαος; Mossialos, Nikolaos

dc.contributor.author	Μόσιαλος, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Mossialos, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2024-12-23T09:07:46Z
dc.date.available	2024-12-23T09:07:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60606
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28302
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κόπωση	el
dc.subject	Fatigue	en
dc.subject	Αγκυρώσεις	el
dc.subject	Πλωτές κατασκευές	el
dc.subject	Ντετερμινιστικές μέθοδοι	el
dc.subject	Στοχαστικές Μέθοδοι	el
dc.subject	Mooring lines	en
dc.subject	Offshore structures	en
dc.subject	Deterministic methods	en
dc.subject	Probabilistic methods	en
dc.title	Υπολογισμός της διάρκειας ζωής σε κόπωση γραμμής αγκύρωσης με ντετερμινιστικές και στοχαστικές μεθόδους ανάλυσης	el
dc.title	Calculation of fatigue lifetime of mooring line with deterministic and probabilistic analysis methods	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θαλάσσιες Κατασκευές	el
heal.classification	Offshore Structures	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-11
heal.abstract	Η πλειονότητα των ζημιών κόπωσης σε υπεράκτιες κατασκευές θεωρείται γενικά ότι προκαλείται από σχετικά συχνά εμφανιζόμενες μέτριες θαλάσσιες καταστάσεις, δηλαδή θαλάσσιες καταστάσεις με σημαντικό ύψος κύματος στην περιοχή από 4 m - 8 m. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ των ζημιών κόπωσης και της σοβαρότητας της κατάστασης της θάλασσας, σε σύμμικτη πλωτή αγκυρωμένη κατασκευή για την απόληψη της κυματικής και της αιολικής ενέργειας. Για την πραγματοποίηση αυτής της μελέτης, η διατριβή χρησιμοποίησε διαγράμματα σκέδασης κυμάτων, στα οποία είναι διαθέσιμες εγγραφές κυμάτων διάρκειας 3 ωρών από το 1980 έως το 2011. Τα αρχεία καταγράφουν τρεις διαφορετικές θαλάσσιες περιοχές, την Κάσο στην Ελλάδα, τη Σικελία στην Ιταλία και τη Βόρεια Θάλασσα, κοντά στην Νορβηγία. Αυτά τα βραχυπρόθεσμα κύματα θεωρούνται ως μια στοχαστική διαδικασία Gauss, στην οποία η διαδικασία ανύψωσης της επιφάνειας της θάλασσας περιγράφεται πλήρως από το φάσμα κύματος Jonswap. Η πλωτή κατασκευή που εξετάζεται αποτελείται από τέσσερεις συσκευές ταλαντευόμενης υδάτινης στήλης (OWC) τοποθετημένες στις άκρες της, σε τετράγωνη διάταξη , ενώ στο κέντρο της κατασκευής υπάρχει κατακόρυφο κυλινδρικό σώμα το οποίο στηρίζει ανεμογεννήτρια οριζόντιου άξονα. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία, η ανάλυση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τόσο ντετερμινιστική όσο και στοχαστική μέθοδο. Η φασματική μέθοδος αξιολόγησης κόπωσης είναι η ντετερμινιστική και προσπαθεί να εξηγήσει την τυχαία φύση των θαλάσσιων καταστάσεων με ορθολογικό τρόπο. Η ανάλυση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τα διαγράμματα θαλάσσιας διασποράς και στη συνέχεια αναπτύσσοντας το φάσμα απόκρισης τάσης της κατασκευής. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας κατάλληλα τις δυνάμεις απόκρισης της κατασκευής ανά μονάδα ύψους κύματος και του φάσματος κυμάτων. Η τυπική απόκλιση της τάσης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της παραμέτρου κλιμάκωσης της κατανομής Rayleigh, η οποία αντιπροσωπεύει την κατανομή των περιοχών τάσεων βραχυπρόθεσμα. Η μηδενική φασματική ροπή του φάσματος τάσεων απόκρισης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της παραμέτρου κλιμάκωσης της κατανομής Rayleigh, η οποία αντιπροσωπεύει την κατανομή των περιοχών τάσεων βραχυπρόθεσμα. Η κατανομή Rayleigh και ο αριθμός των κύκλων φόρτισης για κάθε κατάσταση θάλασσαςσυνδυάζονται για να υπολογιστεί η συνεισφορά στην κόπωση κάθε θαλάσσιας κατάστασης. Η επίδραση της συσσωρευμένης ζημιάς κόπωσης στην κατασκευή παρατηρείται με ανάλυση της καμπύλης S-N με μονή κλίση. Τέλος, ο γραμμικός υπολογισμός της ζημιάς με την άθροιση Miner-Palmgren χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της συσσωρευμένης ζημιάς κόπωσης. Το στοχαστικό μέρος χρησιμοποιεί τις συναρτήσεις Rayleigh και λογαριθμοκανονικής αθροιστικής πυκνότητας των τάσεων, προκειμένου να προβλέψει τις πιθανότητες επιβίωσης σε μια περίοδο 31 ετών, που είναι η περίοδος των εγγραφών. Μετά τον υπολογισμό των πιθανοτήτων για όλες τις θαλάσσιες καταστάσεις, στο πλαίσιο της γραμμικής θεωρίας, οι πιθανότητες ζυγίζονται αναλόγως προκειμένου να εξαχθεί μια συνολική πιθανότητα επιβίωσης για τις γενικές θαλάσσιες καταστάσεις των τριών εξεταζόμενων περιοχών εγκατάστασης. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης κόπωσης έχουν επιβεβαιώσει τον πρώτο ισχυρισμό ότι η ζημιά κόπωσης στην κατασκευή παρατηρείται ότι προκαλείται λόγω των μέτριων θαλάσσιων καταστάσεων. Το ποσοστό 65% έως 80% της συσσωρευμένης ζημιάς κόπωσης προκαλείται στη δομή από τις μέτριες θαλάσσιες καταστάσεις. Αυτό οφείλεται στο ότι οι μέτριες θαλάσσιες καταστάσεις είναι περισσότερες από τις υψηλότερες θαλάσσιες καταστάσεις και έχουν σχετικά υψηλότερα εύρη τάσεων από τις χαμηλότερες θαλάσσιες καταστάσεις. Τα αποτελέσματα καθιστούν επίσης προφανές ότι η συγκεκριμένη πλωτή κατασκευή μπορεί να λειτουργήσει με ασφάλεια στη Μεσόγειο θάλασσα, ωστόσο στη Βόρεια Θάλασσα, οι αυξημένες ασκούμενες περιβαλλοντικές φορτίσεις αυξάνουν αισθητά την κόπωση στις γραμμές αγκύρωσης της κατασκευής.	el
heal.abstract	Majority of the fatigue damage on offshore structures is generally assumed to be caused by relatively frequently occurring moderate sea states, i.e. sea states with significant wave height in the range of 4m - 8m. This diploma thesis aims to investigate the inter relationship between fatigue damage versus sea state severity, on a moored offshore hybrid structure for wind and wave energy absorption. To perform this study, the thesis has used wave scatter diagrams, in which 3-hour duration wave records are available from 1980 to 2011. The records capture three different sea regions, Kassos Island in Greece, Sicily Island in Italy and Northern Sea, near Norway. These short term waves are assumed as a stationary Gaussian process in which the sea surface elevation process is completely described by Jonswap wave spectrum. The examined floating structure encompasses a system of four oscillating water columns (OWC), in a square arrangement, whereas at the center of the structure a floating wind turbine of horizontal axis is supported. In this thesis, the analysis is performed using both a deterministic and a probabilistic method. The spectral-based fatigue assessment method is the deterministic one and attempts to account for the random nature of sea states in a rational manner. The analysis is performed using the sea scatter diagrams and then developing the structure’s stress response spectrum. This is achieved by using the Response Amplitude Operator of the structure and the wave spectrum appropriately. The stress standard deviation is used to determine the scaling parameter of the Rayleigh-distribution, which represents the distribution of stress ranges for short term. The Rayleigh distribution and the number of response cycles of the process are combined to calculate the number of cycles for a constant stress range in a given stress block. The number of cycles to failure corresponding to the stress range in the given stress block are determined from the S-N curve. The effect of the accumulated fatigue damage on the structure is observed by analyzing the S-N curve with single slope. Finally, the linear damage calculation by Miner-Palmgren summation is used to evaluate the accumulated fatigue damage. The probabilistic part uses the Rayleigh and the lognormal cumulative density functions of the stresses, in order to predict the probabilities of survival in a 31 year period, which is the period of the records. After calculating probabilities for all sea states, in the context of the linear theory, the probabilities are accordingly weighed in order to extract a total probability of survival for the general sea states of the three regions. The fatigue analysis results have asserted the first claim that fatigue damage in the structure is observed to be caused due to the moderate sea states. The percentage 65% to 80% of the accumulated fatigue damage is induced in the structure by the moderate sea states. This is because the moderate sea states are more than the higher sea states and have relatively higher stress ranges than the lower sea states. The results render also evident that the specific device can operate in the Mediterranean Sea, as well as in the North Sea, however in the latter location the probability of survival is reduced significantly.	en
heal.advisorName	Κονισπολιάτης, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Konispoliatis, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κονισπολιάτης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	94 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false