Skip to main content
SUPERVISOR
Payam Asadi,Mojtaba Azhari
پیام اسدی (استاد راهنما) مجتبی ازهری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maryam Ahmadvand
مریم احمدوند

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Dynamic equations of cracked flexible rectangular tanks fully filled with liquid
Structures are always vulnerable to damage during operation. Therefore numerous iections on structures are carried out to identify the damage done to them. Steel storage tanks are one of the most widely used structures for long life which, due to their sensitivity, studying their dynamic characteristics is important. These tanks are almost exposed to destructive factors such as collisions, corrosion, and fatigue. Creating and propagating the cracks in the steel tanks reduces their life and causes great damage to the structure. The repair of minor damage is low cost and has fewer problems than global damage and can be implemented without interruption in the operation. Hence, identification of defects in tanks, including cracks, is very important before the propagation. One of the common damage identification methods is modal analysis. In this way, the geometric position and depth of cracks are identified by the vibration analysis. In the present study, the dynamic characteristics of flexible fluid tanks were estimated and the effect of crack was assessed. The choice of the appropriate mathematical model of the structure and crack is very important for crack identifying. For this purpose, the problem is solved for a simple supporting plate, then these equations are expanded for the rectangular fluid tanks. To approximate the displacement of plates by assuming the flexural theory of thin plates, polynomial and trigonometric triangular functions are used. Using the energy method, the energy of the vibrated plate in a perfect and imperfection state due to cracks presence is calculated with respect to the size of the crack and its depth. Using the Rayleigh-Ritz method and the matrix of mass and stiffness of the plate for both cases were extracted. The characteristic equation of the tank is formed and the natural frequency changes due to the crack were estimated. The governing equations governing the fluid vibrations were obtained by solving the Laplace equation and satisfying the boundary conditions of the fluid. The results show that natural frequencies decrease with increasing crack size. On the other hand, changing the position of the crack changes the natural frequencies. To evaluate the accuracy of the used method, numerical results were compared with the other results of the references. One of the innovations in this study is the ability to model several cracks in the plates and the applicability of the proposed theories in the damage identification for flexible fluid tanks. The results show that proposed computational equations provided to estimate the effect of crack on the mode shapes. For the case studies of possible comparison of results with the other studies, displayed that the errors in calculations in all cases were less than 3%. Keywords: Cracked Thin Steel plates, Rayleigh-Ritz Method, Cracked Rectangular Tanks, Liquid-Tank Interaction, Hydrostatic Vibration, Modal Analysis
.در بیشتر موارد هنگام طراحی و تحلیل سازه­ها، خاک زیر سازه صلب در نظر گرفته می­‌شود و از اثر اندرکنش خاک و سازه صرف‌نظر می­گردد. سازه‌ها همواره در معرض عوامل مخرب هستند که می‌تواند برای سازه‌های تحت بهره‌برداری بی‌وقفه مانند پل‌ها و خطوط لوله‌ها خطر آفرین باشد. بدین منظور تشخیص و تعیین خرابی‌های سازه‌ای ضروری است. مخازن فولادی نگهداری مایعات از جمله سازه‌های پرکاربرد و حساس با عمر طولانی هستند که به دلیل حساسیت آن‌ها مطالعه‌ی رفتارشان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مخازن همواره در معرض عوامل مخرب مانند برخورد، خوردگی و خستگی هستند. بنابراین شناسایی آسیب‌های موثر در آن‌ها در حین بهره‌برداری دارای اهمیت است. ایجاد و پیشروی ترک‌ها در مخازن سبب کاهش عمر آن‌ها می‌گردد. باعث کاهش ایجاد یک خرابی بزرگ در سازه می‌شود. تعمیر آسیب‌های جزئی هزینه اندک و مشکلات کمتری نسبت به آسیب‌های کلی دارد و بدون ایجاد وقفه در بهره‌برداری از سازه قابلیت اجرا دارند. از این رو تشخیص هر چه زودتر عیوب در مخازن از جمله ترک‌ها قبل از انتشار بسیار حائز اهمیت است. از روش‌های متداول تشخیص آسیب، تحلیل‌های مودال بر روی سازه‌های آسیب دیده است. بدین منظور موقعیت هندسی و عمق ترک در مخازن حاوی مایعات با استفاده از داده‌های ارتعاشی تعیین گردیده است. بر این اساس در مطالعه حاضر، مخازن فولادی انعطاف‌پذیر ترک‌دار حاوی سیال مورد بررسی قرار گرفته‌اند و اثر ترک بر روی مودهای ارتعاشی آن‌ها بررسی شده است. انتخاب مدل ریاضی مناسب از سازه و ترک ایجاد شده بر آن برای مطالعه روش‌های ترک‌یابی بسیار مهم است. در این راستا مسأله ابتدا برای یک ورق با تکیه‌گاه‌های ساده حل شده است، سپس این معادلات برای مخزن مستطیلی حاوی سیال بسط داده شده است. جهت تقریب جابه‌جایی‌های ورق با فرض تئوری خمشی ورق نازک، از توابع سعی چندجمله‌ای و مثلثاتی استفاده شده است. با استفاده از روش انرژی، انرژی سازه در حالت سالم و معیوب به علت حضور ترک و با توجه به اندازه ترک و عمق آن محاسبه شده است. با بکارگیری روش ریلی ریتز ماتریس جرم و سختی در هر دو حالت محاسبه شده است. معادله مشخصه سازه تشکیل و به کمک آن تغییرات فرکانس‌های طبیعی به علت ترک محاسبه شده است. معادلات حاکم بر رفتار نوسانی سیال نیز با حل معادله لاپلاس و ارضای شرایط مرزی سیال به دست آمده است. از نتایج چنین بر می‌آید که فرکانس‌های طبیعی با افزایش اندازه ترک کاهش می‌یابد. از طرفی با تغییر موقعیت ترک، میزان تغییرات فرکانس طبیعی دستخوش تغییر می‌شود. برای بررسی دقت روش به کار رفته، نتایج عددی با نتایج دقیق موجود در مراجع مقایسه شده است. از جمله نوآوری‌های این پژوهش قابلیت مدل‌سازی چندین ترک در ورق و قابلیت استفاده ازتئوری‌های ارائه شده در مسأله‌های عیب‌یابی برای مخازن انعطاف ‌پذیر حاوی سیال است. نتایج نشان می‌دهد که معادلات ارائه شده امکان بررسی اثر ترک بر روی مود شکل‌ها را فراهم می‌کند. برای مثال‌هایی که امکان مقایسه نتایج با تحلیل‌های انجام شده توسط محققین پیشین فراهم بوده است، مقدار خطاهای محاسبات در تمام موارد کمتر از سه درصد است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی