مقايسه قابليت مدلسازي و پيش‌بيني نيروهاي هيدروديناميكي واقع بر پايه‌هاي در معرض امواج آب توسط دو روش آناليز طيفي و شناسايي سيستم

Comparing of System Identification and Spectral Analysis Capability in Modeling and Predicting of the Sea Wave Hydrodynamic Forces on Cylindrical Pile

كسب معياري جهت آگاهي و شناخت ماهيت نيروهاي وارد بر يك سازه مهندسي، قطعا يكي از مهمترين قدمها در طراحي، ساخت و بهره‌برداري از آن مي‌باشد. در عين حال، هنگاميكه اين نيروها از فرآيندهاي تصادفي كه به صورت ديناميكي عمل مي‌كنند ناشي مي‌شود، قطعا ماهيت پيچيده‌تري پيدا خواهند كرد. امواج توليد شده در محيطهاي آبي، از جمله فرآيندهايي است كه باعث اثر نيروهاي هيدروديناميكي بر سازه‌هاي ساحلي، دريايي و هيدروليكي مي‌گردد. در اين مقاله، با در نظر گرفتن يك المان سازه‌اي پايه استوانه‌اي كه در يكسري آزمايشهاي مقياس بزرگ بارگذاري امواج آب، نيروهاي هيدروديناميكي واقع بر آن بدست آمده است، قابليت دو روش آناليز طيفي و شناسايي سيستمها جهت تخمين و پيش‌بيني نيروهاي مذكور، مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفته است. بدين منظور، پايه استوانه‌اي به صورت يك سيستم سازه‌اي كه امواج آب، محركها و نيروهاي هيدروديناميكي پاسخ آن مي‌باشند در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از تيوري‌هاي آناليز طيفي، تابع انتقال مناسبي جهت شناخت پاسخ سيستم بدست آمده است. آنگاه، در حوزه سري زماني و با توجه به مبحث شناسايي سيستمها، يك مدل پارامتري مناسب تخمين زده شده و قابليت آن نيز در تخمين نيرو، ارزيابي گرديده است. نهايتاً، بين كارآمدي دو روش، مقايسه انجام گرفته و نتايج حاصل ارايه گرديده است.

Evaluating criteria of nature of forces on structures is an important step in design, construction and utility. In a stochastic phenomenon, the process of the force exerting, are more complicated. Sea waves have such characteristics, where hydrodynamic forces act on hydraulic, offshore and coastal structures. In this paper, the cylinder structure is considered as a system with incoming water wave inputs and the time series of the resultant forces are system’ s responses. The experimental data used in this study were collected at a hydraulics loboratory on a full- scale rough vertical cylinders and the capability of system identification and spectral analysis to modeling and prediction of ehese forces were evaluated and compared. For this purpose, first, a transfer function has been estimated, and then an ARMAX model has been used to capture the dynamics of the process relating in- line forces provided by water waves. Finally, the comparisons between two methods and conclusion have been made.