بررسي تجربي اثر عمق آب در كاهش فركانس خمش اجسام كشيده

Experimental Study on the Effects of Water Depth in Frequency Reduction of Slender Bodies

آناليز مودال سازه هاي ثابت و متحرك دريايي به منظور به دست آوردن فركانس هاي طبيعي و شكل مود ها در طراحي مهندسي يكي از گام-هاي اساسي مي باشد. در صورتي كه فركانس تحريك سازه نزديك فركانس طبيعي آن شود، سازه دچار تشديد و ناپايداري خواهد شد. فركانس هاي طبيعي يك سازه به دليل بزرگي جرم افزوده در آب، كمتر از فركانس هاي طبيعي آن در خلا مي باشد. از اين رو يافتن نحوه كاهش فركانس هاي طبيعي سازه ها در زير آب و شكل وابستگي فركانس ارتعاشات به عمق در زير آب، براي پايش شرايط تشديد مسيله مهمي مي باشد. در اين مقاله، به بررسي فركانس طبيعي اجسام استوانه اي در هوا و زير آب پرداخته و اثرات سطح بر ميزان كاهش فركانس طبيعي سازه با استفاده از روش هاي تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. به همين منظور سه نمونه مدل استوانه اي متشكل از 7 كابين با شكل خارجي متفاوت و از جنس آلومينيوم طراحي و ساخته شده و سپس روي نمونه هاي مورد نظر در هوا توسط دستگاه ارتعاش سنج تست آناليز مودال انجام شده است. پس از به دست آوردن فركانس طبيعي و شكل مود هاي نمونه در هوا بر روي هر سه نمونه در 15 عمق مختلف آب (از حالت شناور تا عمق 3 متري) آزمون آناليز مودال انجام و اطلاعات مورد نظر (فركانس طبيعي و شكل مود) به دست مي آيد. در قسمت بعد نتايج حل عددي تحليلي نمونه ها در هوا و در نرم افزار ANSYS و نيز يك تكنيك نيمه تحليلي در شرايط كاملاً غوطه ور، با نتايج به دست آمده از آزمون هاي تجربي مقايسه شده كه تطابق خوبي را نشان مي دهند، البته اندكي انحراف در اين نتايج مشاهده مي شود كه لازم است در آينده بررسي بيشتري روي آن صورت گيرد.

Modal Analysis for obtaining the shape modes and frequencies of a structure is a major step in design and analysis of marine structures. It is known that the natural frequency is reduced due to added mass effects under the water, and excitation near the natural frequencies may result in dangerous vibrations in the system. So understanding how the vibration property of a structure is changed under water is an important problem. In this paper modal analysis of a cylindrical structure under water and also in the air is investigated. The effects of water depth and water surface on the mode shapes and natural frequencies of the structure are studied via experimental and numerical methods. To this end three Aluminum cylindrical structures consist of 7 cabins with different diameters are constructed. Then modal experiments are performed in the air and also under water with 15 different depths from surface to 3- meter depth. Different test results are compared with the numerical/analytical results obtained from the ANSYS software and a semi-analytical method. The results show that there is a nearly good agreement between the numerical/analytical and experimental results; however some differences between the results are considered which should be studied further in future works.