تحليل پاسخ جريان گذرا با در نظر گرفتن اندركنش سيال-سازه جهت شناسايي ضعف در سازه سيستم لوله

دكتري تخصصي

در هنگام وقوع پديده ضربه قوچ (جريان گذرا) در سيستم خط لوله، مكانيزم هاي اندركنش سيال-سازه مانند كوپله پواسن و اتصال منجر به ايجاد پرش هايي در هد فشار جريان گذرا مي شوند. اين اثرات در فرايند ضعف يابي با استفاده از تحليل پاسخ جريان گذرا مي تواند بسيار مهم باشد. هدف از اين تحقيق شناسايي ضعف هاي سازه اي لوله با استفاده از تحليل پاسخ جريان گذرا، با در نظر گرفتن اثرات اندركنشي سيال-سازه مي باشد. در اين رساله، مدل جريان گذرا در سيستم مخزن-لوله-شير به‌منظور مدل‌سازي اثرات هم‌زمان اندركنش سيال-سازه و ضعف هاي سازه اي توسعه داده مي شود. در اين مدل، معادلات هيدروليكي با استفاده از روش خطوط مشخصه و معادله ي سازه اي به همراه شرايط مرزي پيشنهاد شده در خصوص تكيه گاه هاي لوله، با استفاده از روش اجزاي محدود و در حوزه زمان حل مي شوند. همچنين به‌منظور بررسي اهميت اثرات اندركنش سيال-سازه در يك خط لوله و لزوم مدل‌سازي آن در فرايند ضعف يابي، روابط تحليلي مقدار پرش‌هاي ناشي از كوپله پواسن با استفاده از مدل چهار معادله ديفرانسيل مرتبه اول و روش حل تماما خطوط مشخصه نيز استخراج و ارائه مي گردد. همچنين با رويكرد شناسايي ضعف تكيه گاه هاي بكار رفته در طول لوله، مطالعه اي بر اثرات تكيه گاه هاي محوري بر پاسخ جريان گذرا در دو حوزه زمان و فركانس انجام مي شود. در تحليل معكوس جريان گذرا به‌منظور ضعف يابي با استفاده از مدل جريان گذراي توسعه داده شده، از روش بهينه سازي بر اساس الگوريتم ژنتيك استفاده مي گردد. درنهايت جهت كمي سازي حداكثر دقت ممكن و تحليل عدم قطعيت كارايي ضعف يابي مبتني بر جريان گذرا، تئوري كران پايين كرامر-رائو (CRLB) پياده سازي مي شود. نتايج نشان مي دهد كه اندركنش سيال-سازه و ضعف هاي طولي ديواره لوله مي توانند پرش‌هاي مشابه و بعضاً غيرقابل تميزي را در نتايج فشار ناشي از جريان گذرا ايجاد نمايند. همچنين اثرات اندركنش مي تواند منجر به تغيير مقدار، شكل و زمان‌بندي پرش‌هاي ناشي از ضعف هاي طولي در حالت كلاسيك شود؛ بنابراين عدم در نظر گرفتن اندركنش سيال-سازه در تحليل پاسخ جريان گذرا در سيستم هايي كه اثرات اندركنشي در آن‌ها قابل توجه است، مي تواند منجر به ايجاد خطا در تعداد، محل، طول و مقدار ضعف هاي شناسايي‌شده گردد. مطالعات نشان مي دهد با در نظر گرفتن اثرات اندركنشي در تحليل پاسخ جريان گذرا، مي توان به عنوان يك مزيت، ضعف هاي تكيه گاهي سيستم را نيز شناسايي نمود. تحليل حداكثر دقت ممكن نشان مي دهد كه برخي از عوامل در هنگام برداشت داده ها مانند زمان بستن شير، سطح انرژي نويز و ... نقش مهمي در موفقيت ضعف يابي مبتني بر جريان گذرا ايفا مي نمايند.

195123

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر ناصر شابختي - دكتر آريس تايسلينگ

مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

دكتر ابراهيم جباري - دكتر عليرضا كرامت