بررسی ارتعاشات سازه شناور در اثر تحریک پروانه با استفاده از تحلیل عددی سیال-سازه (FSI)

محورهای موضوعی : انتقال ارتعاشات

مهدیه سادات عزیزی ¹ , یوسف امیریان ² , عبدالحسین فریدون ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک، دانشگاه آزاد سمنان
2 - کارشناس ارشد مهندسی معماری کشتی- گرایش سازه، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 - استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه سمنان

تاریخ دریافت : 1394/06/04 تاریخ پذیرش : 1394/06/04 تاریخ انتشار : 1390/06/01

کلید واژه: آنالیز مودال, ارتعاشات اجباری, تحلیل سیال- سازه, سرعت دورانی پروانه,

چکیده مقاله :

ارتعاشات سازه شناور در اثر تحریک پروانه، یکی از مباحث مهم در طراحی سازه شناور است. در صورت عدم توجه به این مساله و قرار‌گیری سوپراستراکچر در قسمت انتهایی شناور، ارتعاشات ناشی از تحریک پروانه می تواند مشکلاتی را برای خدمه و افراد ایجاد نماید. همچنین ارتعاشات ناشی از پروانه باعث سر و صدا و همچنین کاهش عمر ماشین آلات موجود در موتورخانه و قسمت انتهایی شناور می‌گردد. در این مقاله ارتعاشات ناشی از تحریک پروانه، با استفاده از تحلیل عددی سیال- سازه روی یک شناور تجاری مورد بررسی قرار گرفته و به بررسی نتایج آن پرداخته شده است. ابتدا برای شناور با توجه به هندسه و شرایط، پروانه ای مناسب انتخاب شده و حل عددی جریان سیال برای سرعت های مختلف شناور و سرعت دورانی پروانه انجام گرفته است. سپس سازه شناور بر اساس استاندارد، طراحی شده و جز‌بندی آن با استفاده از جزء محدود صفحه ای انجام گرفته است. توزیع فشار روی پروانه و بدنه که از حل عددی جریان سیال به دست آمده است در تحلیل سازه، به سازه شناور اعمال گشته و سازه شناور در اثر بارگذاری هارمونیک ناشی از دوران پروانه، بررسی شده است. تحلیل مودال سازه شناور نیز انجام گرفته و سپس نتایج تحلیل آن، در یک محدوده فرکانسی شامل فرکانس های طبیعی که می تواند در حالت ها و سرعت های مختلف دورانی پروانه به وجود آید، استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که در بعضی از سرعت های دورانی پروانه، فرکانس تحریک در سرعت دورانی مربوطه می تواند منجر به تشدید ارتعاش و افزایش دامنه ی ارتعاش گردد. نتایج با محدوده مجاز استاندارد مقایسه شده و نشان می دهد که می توان با دقت در انتخاب پروانه و محدوده سرعت دورانی مجاز و بهینه سازی و اصلاح سازه شرایط را جهت قرارگیری ارتعاشات در محدوده ی مجاز فراهم نمود.

چکیده انگلیسی:

Vibration of floating structures under the effect of propeller excitation is One of the main issues in the design of floating structures and not paying attention to this issue and the placement Super structure at the bottom of the float, vibrations caused by the stimulus of the fan can cause problems for crews and individuals and the vibrations from the propeller make noise and also reduce the life of existing machines in the bottom of the float. In this paper the vibrations caused by the propeller stimulation, using a numerical analysis of fluid-structure on a commercial vessel is studied and the results are discussed. First with respect to the geometry and condition a suitable propeller was chosen for the float and the numerical solution for different speeds of the float and the angular velocity of the impeller is done. The floating structure is designed based on the standard and discretization is conducted using finite element.  Pressure distribution on the propeller and hull obtained from the numerical solution of fluid flow, has been applied to floating structures in the structural analysis and floating structures due to harmonic loading induced by the rotation of the propeller is investigated and modal analysis of floating structures has been performed And the results of its analysis in a frequency range including natural frequencies that canaries in different modes and rotational speeds  of the propeller were recorded. The Results show that in some rotational speeds of the propeller excitation frequency in rotational speed can lead to vibration increase and resonance amplitude The results are compared with the standard range, the results show that with accurate choosing of the propeller And the range of allowable angular velocity and optimization of the structure, we can provide the Requirements for vibration exposure in the limited range.