كنترل ارتعاشات سكوي دريايي ثابت فولادي با استفاده از ميراگر آلياژ حافظه دار

Vibration Control of Steel Jacket Platform through Shape Memory Alloys Damper

عمر مفيد و سلامت سكوهاي دريايي ثابت فولادي متاثر از ميزان ارتعاشات دائمي وارده توسط نيروهاي ناشي از وزش باد و برخورد امواج دريا است. حركت هاي رفت و برگشتي سكو و عرشه روي آن، خستگي سازه و اتصالات را به همراه داشته و باعث اختلال در عملكرد تجهيزات، تاسيسات حفاري و همچنين بهره برداري از سكو مي شود. بنابراين، هدف اصلي اين تحقيق كنترل ارتعاشات سكوي دريايي ثابت فولادي با استفاده از ميراگرهاي آلياژ حافظه دار است. آلياژهاي حافظه دار داراي دو ويژگي حافظه داري و فوق ارتجاعي بوده و به عنوان ميراگر گزينه بسيار مناسبي محسوب مي شوند. در اين نوع آلياژها، تبديلات ساختاري كريستال ها از فاز آستنيت به فاز مارتنزيت و برعكس، با اتلاف و استهلاك انرژي همراه است. در اين تحقيق يك سكوي دريايي مجهز به ميراگرهاي آلياژ حافظه دار، به ارتفاع 90متر و در آبي به عمق 80متر، به صورت سيستم چندين درجه آزادي جرم متمركز مدل سازي شده و تحت تاريخچه زماني بار امواج دريا تحليل شده است. براي حل دستگاه معادله ديفرانسيل حاكم بر ارتعاش سيستم و مدل سازي رفتار چرخه اي آلياژ حافظه دار، به ترتيب از روش انتگرال گيري مستقيم و مدل چرخه اي ايده آل چندخطي استفاده شده است. مقايسه پاسخ هاي ديناميكي سكو در دو حالت "با" و "بدون" ميراگر آلياژ حافظه دار، 42% كاهش تغيير مكان عرشه، 62% كاهش شتاب عرشه و همچنين 32% كاهش نيروي برشي تراز پايه سكو را نشان داده است.

Service life and safety of a steel jacket platform is influenced by vibrations generated by environmental loads, waves and winds. Vibrations of the structure and deck may cause fatigue in the structural elements and joints. Also may disrupt the operation of the drilling equipment and facilities as well as the operation of the platform. Therefore, the main aim of this research is to control the vibrations of the steel jacket platform through shape memory alloys dampers. Shape memory alloys have two important properties of shape memory as well as superelastic behavior and are quite suitable for damping applications. In these alloys, crystal structures transition from the austenite to the martensite phase, and vice versa are accompanied by the energy dissipation. In this research, a 90m steel jacket structure equipped with SMA dampers installed in 80m water depth has been modeled as a multi-degree-of-freedom system and analyzed under the time history of wave loads. For solving the differential equations of system vibration and modeling the hysteresis behavior of the shape memory alloys elements, the direct integration alpha method and multi-linear idealized constitutive model have been used, respectively. Jacket platform equipped with the shape memory alloys dampers shows the better result with 42% reduction in deck displacement, 62% reduction in deck acceleration and 32% reduction in shear force of platform base.