كاربرد ميراگر جرمي آلياژ حافظه‌دار در كنترل ارتعاشات سكوي دريايي ثابت

Application of Shape Memory Alloy Tuned Mass Damper in Vibration Control of Jacket type Offshore Structures

در اين تحقيق سعي بر اين است كه بتوان با استفاده از يك جاذب‌ ديناميكي جديد و كارا، لرزش‌هاي سكوي دريايي مرتعش شده توسط امواج را كنترل نمود. در دو دهه اخير، توليد مواد هوشمند و كاربرد آنها در طراحي ابزارهاي كنترلي پيشرفت قابل ملاحظه‌اي داشته است. آلياژهاي حافظه‌دار يكي از اين مواد هوشمند بوده و قابليت زيادي در مستهلك نمودن ارتعاشات دارند. بنابراين، در تحقيق پيش‌رو، از ميراگر جرمي آلياژ حافظه‌دار در كنترل ارتعاشات سكوي دريايي ثابت استفاده شده است. در اين تحقيق، سكو و جاذب ديناميكي، به صورت سيستم چندين درجه آزادي جرم متمركز مدل‌سازي شده و تاريخچه زماني پاسخ‌هاي ارتعاش نيز با روش انتگرال‌گيري مستقيم برآورد گرديده‌اند. براي محاسبه نيروي ميرايي سازه‌اي سيستم، روش ميرايي رايلي توسعه‌يافته، و براي مدل‌سازي رفتار چرخه‌اي فنر آلياژ حافظه-دار، مدل چندخطي ايده‌آل آن‌ها به كار گرفته شده است. به عنوان مطالعه موردي، يك سكوي فولادي با ارتفاع 90 متر به ميراگر جرمي آلياژ حافظه‌دار مجهز شده و پاسخ‌هاي ارتعاش آن، تحت برخورد چهار موج نامنظم، برآورد گرديده‌اند. كاهش ميانگين انحراف ‌معيارهاي جابحايي‌هاي عرشه، به مقدار 16 درصد و كاهش چگالي انرژي جابحايي‌هاي عرشه در شرايط تشديدِ برخورد امواج با دوره بازگشت 2 سال، به مقدار 75 درصد، از نتايج تجهيز سكو به ميراگر جرمي آلياژ حافظه‌دار بهينه‌شده بوده‌اند.

The effort has been made in this research to reduce the vibrations of the jacket platforms vibrated by irregular waves through dynamic vibration absorbers (DVAs). The production of intelligent materials and their application in the design of control devices have made significant progress in the past two decades. The shape memory alloy (SMA) is an intelligent material highly capable of damping vibrations. Hence, use has been made in this study, of the shape memory alloy tuned mass damper (SMA-TMD) to control the vibrations of the offshore jacket platforms. Here, the equations governing the platform/damper vibrations have been developed by simulating them as a multi-degree of freedom lumped mass system and analyzed by the direct integration method. To evaluate the structural damping force and the SMA hysteretic behavior, the extended Rayleigh damping model and idealized multi-linear constitutive model have been used, respectively. As a case study, a 90 m-high jacket platform (in 80 m-deep water) has been equipped with SMA-TMD and its dynamic responses have been estimated. An average decrease of 16 percent in the root mean square of the deck displacements and 75 percent reduction in the power spectral density function (in the resonance state) are the results of jacket platform equipped with optimized SMA-TMD.