Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Boroomand,Abdolreza Kabiri
بیژن برومندقهنویه (استاد مشاور) عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Negar Mohebali
نگار محبعلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Numerical modeling of interaction between marine waves and inflatable breakwaters
Inflatable breakwaters are flexible cylindrical structures attached to a rigid base. These breakwaters are generally cylindrical tubes, made of rubberized material, and inflated by air and/or water. Although these breakwaters are permanently inflated, they have the advantage of that can be deflated and lie flat when are not needed, and then inflated in a short period when required. They are relatively easy to install, do not corrode, require little maintenance, and have the capability to withstand extreme temperatures. Due to elasticity of the structure and continuous variation of its shape during operation, an inflatable breakwater structural and hydraulic analysis is more complicated than a rigid breakwater. Large deformation of the membrane due to the internal and external loads makes the governing equations of such problem to be non-linear and complex. In the present study the behavior of an inflatable breakwater under the loading by marine waves was simulated based on 2D numerical modeling. For this purpose, the deformed equilibrium geometry of the breakwater was calculated by solving the prevailing equations through the linear dynamic response of the system. The central difference method was employed to solve the governing equations of the linear dynamic response of the system of finite elements. According to the results of former studies, for 2D modeling of the aforementioned problem, the length of the tube is assumed infinity. Therefore the effects of lateral supports and boundary conditions are negligible. This study deals with numerical analysis of the inflatable breakwaters for solving the flow based problem associated with static and dynamic structural analysis. For this purpose, the two dimensional fluid-structure interactions were analyzed numerically. It was shown that the equilibrium shape of the breakwater is a function of rubber thickness t , elasticity modulus of the material E , internal pressure P , the dam foot width L and external loads . All the influential parameters of both flow and structure including internal pressure, water depth, wave height, wave period and etc. were attained based on the dimensional analysis. Accordingly, the results describing height and cross-sectional profile of the breakwaters loaded by marine waves were obtained and compared with those of former investigations. Keywords : Inflatable breakwater, Fluid-structure interaction, Central difference method, Numerical modeling, Fluid-structure interaction.
امروزه به دلیل استفاده گسترده از سواحل و بنادر نیاز به احداث انواع موج شکن ها و دیوارهای ساحلی جهت کاهش انرژی امواج برخوردی و حفاظت از تأسیسات ساحلی، بسیار ضروری به نظر می رسد. از این رو استفاده از تیوب های لاستیکی تحت این عنوان، گزینه مناسبی در این زمینه است. چراکه باعث کاهش زمان و هزینه های ناشی از ساخت و بهره برداری و همین طور سهولت در نصب و اجرا می شود. در تحقیق حاضر با استفاده از آنالیز دینامیکی به حل معادله حاکم بر تغییر شکل این تیوب ها در حالت دوبعدی تحت بارگذاری ناشی از وجود امواج منظم در بالادست و فشار داخلی ناشی از سیال پرکننده ی تیوب، پرداخته می شود. در ادامه با هدف به دست آوردن شکل تعادل یافته این تیوب ها به عنوان سازه ساحلی، با استفاده از نرم افزار متلب، این تیوب ها به صورت دوبعدی در حالت های مهار شده به کف در دو نقطه، مهار شده به کف در یک نقطه و بدون مهار مدل می شوند. حل دوبعدی از طریق کدنویسی با نرم افزار متلب و با استفاده از روش تفاضل مرکزی برای سازه و مشخصات موج منظم به دست آمده از تئوری موج با دامنه کوتاه صورت می گیرد. در این مدل سازی عددی مسایلی نظیر نوع مهار، مشخصات موج وارده و پارامترهای سازه ای مؤثر بر شکل تیوب مورد توجه قرار گرفته و اثر تغییرات آن ها روی شکل تعادل یافته تیوب بررسی شده است. از این رو پس از محاسبه تغییرشکل های کوچک در هر بازه ی زمانی نهایتاً تغییرشکل های بزرگ تیوب تعیین می شود. نتایج حاصل از کد نوشته شده، به خوبی تغییر شکل تیوب تحت بارگذاری امواج منظم را نشان می دهد. به منظور ارائه نتایج جامع تر، ابتدا پارامترهای بی بعد مؤثر بر مسأله تعیین شده، سپس اثر تغییرات آن ها روی شکل نهایی تیوب مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت اثر هر کدام از پارامترهای بی بعد به دست آمده در بخش آنالیز ابعادی، روی شکل تعادل یافته ی تیوب مورد بررسی قرار می گیرد. این پارامترها اثر فشار داخلی، عمق آب، ارتفاع موج، پریود موج، طول مهار در حالت مهار با دو نقطه، زاویه گوه برای حالت بدون مهار و نوع مهار را شامل می شوند. نتایج حاصل از کد نوشته شده با نتایج حاصل از تحقیقات پیشین در مواردی که نتابجی مرتبط موجود بود، مقایسه شده است. در این تحقیق نمودارهای بعددار به منظور نشان دادن روند به تعادل رسیدن تیوب و تعداد اجراهای لازم و نمودارهای بی بعد جهت بررسی اثر پارامترهای مؤثر آورده شده اند. در نهایت به منظور نشان دادن تفاوت های موجود در شکل نهایی تیوب با شرایط و مشخصه های یکسان و تنها تحت اثر تفاوت موجود در نوع مهار، این سه مدل در شرایط یکسان مورد مقایسه قرار می گیرند. با توجه به نتایج این مقایسه مشخص شده است که تیوب مهار شده در یک نقطه حالت برافراشته تری نسبت به تیوب مهار شده در دو نقطه دارد و در نتیجه ارتفاع بهره برداری آن بیشتر و خمیدگی به سمت پایین دست آن کمتر است. اما در کل این تغییرات خیلی محسوس نبوده و در شرایط یکسان این دو تیوب کارایی تقریباً مشابهی دارند. بنابراین مسأله تأثیرگذار در شکل نهایی سازه مهار بودن یا نبودن تیوب است. همین طور این بررسی نشان داد که دو تیوب با مشخصات یکسان، یکی با مهار و دیگری بدون مهار ارتفاع بهره برداری یکسانی ندارند و تیوب بدون مهار در ارتفاع بالاتری به شکل تعادل یافته ی خود می رسد و تعادل می یابد. در نتیجه تراز آب بالادست آن می تواند شامل محدوده ی وسیع تری از ارتفاع امواج و عمق های آب باشد. کلمات کلیدی : 1- موج شکن لاستیکی 2- اندرکنش سیال و سازه 3- تئوری موج با دامنه کوتاه 4- روش عددی تفاضل مرکزی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی