وبلاگ

:

 

توسعه صنعت ناوبری و افزایش حجم تبادلات در بنادر کشور مستلزم فراهم آوری امکانات، تجهیزات و تکنولوژی غنی و به روز در زمینه ساخت، تعمیر و پذیرش شناورهاست. از مهمترین امکانات می‌توان فضای خاص و تجهیزات مورد نیاز برای تعمیر و نوسازی کشتی‌ها و شناورها را ذکر کرد. حوضچه‌های خشک[1] در محدوده‌های ساحلی به‌نحوی که قابلیت برقراری ارتباط ایمن با بدنه آبی به‌منظور انجام عملیات آبگیری و تخلیه را داشته باشند، همراه با جراثقال‌های متحرک با ظرفیت بسیار بالا از جمله این امکانات به‌شمار می‌روند [1].

 

تمامی کشتیهای جنگی استراتژیک و بیشتر کشتیهای بازرگانی دارای سازه‌های بسیار سنگینی با وزن حدود چند صد تن می‌باشند. چنین کشتیهای سنگینی در بخشهای زیادی از جهان از زمان های باستان و قبل از سال 1500 میلادی وجود داشته‌اند. اطلاعات بسیار اندکی در خصوص تاسیساتی که بایستی به منظور سرویس چنین کشتیهایی در دوره ساخت و آب اندازی یا تعمیر آنها در زیر خط آب وجود داشته باشد، در دسترس می‌باشند. در حدود سال 1500 میلادی، چهار روش برای این منظور وجود داشته است: یک کشتی می‌تواند کج شود، بر روی زمین قرار گیرد، به سمت ساحل کشیده شود و یا در حوضچه خشک قرار گیرد.

 

حوضچه‌های خشک، در موقعیتی که دارای جزر و مد قوی می‌باشد حتی در جاییکه کمترین نیاز به آن احساس می‌شود، آسانترین گزینه برای ساخت و بهره‌برداری می‌باشد [2]. حوضچه خشک به‌عنوان یکی از ابنیه‌های به آب‌اندازی و یا خارج نمودن کشتی که عمدتاً به‌منظور تعمیر کشتی در زمانیکه حوضچه فاقد آب باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این حوضچه‌ها قادر به پرشدن به‌وسیله آب دریا در زمان باز‌بودن دیوار متحرک و تخلیه آب بوسیله پمپ‌های مکنده آب در زمان بهره‌برداری و انجام تعمیرات بر روی کشتی می‌باشند. مزیت استفاده از حوضچه‌های خشک در سادگی اجرا و بهره‌برداری از آنها می‌باشد.

 

حوضچه‌های خشک دارای سه دیواره ثابت بتنی بوده و کف آن از نوع کف بتنی وزنی یا دال خمشی می‌باشد که در شرایط خاص ممکن است نیاز به اجرای شمع داشته باشند [3]. این سازه‌ها معمولا از یک طرف به دریا متصل بوده و با یک درب بزرگ از محیط دریا ایزوله می‌گردند. سازه درب حوضچه خشک باید توانایی آب بندی محیط داخل حوضچه را دارا بوده و در برابر فشار آب پشت درب از استحکام کافی برخوردار باشد. همچنین با توجه به ورود و خروج شناورها، امکان برداشتن و جابجا کردن آسان را داشته باشد. از این‌رو استفاده از سازه‌های فلزی با دیواره‌های تقویت شده برای درب حوضچه خشک امری رایج می‌باشد. سازه درب بسته به ابعاد حوضچه ونیروهای وارده از سازه‌های ساده با تقویت‌کننده‌های افقی و عمودی تا سازه‌های دوجداره با قابلیت شناوری می‌تواند متغیر باشد. در ادامه این فصل، اقدام به ارزیابی مساله نموده و مروری بر سوابق مطالعات انجام شده و اهداف اصلی و حوزه مطالعاتی تعریف‌شده برای این پایان‌نامه خواهیم پرداخت. در فصل دوم نیز، با انواع حوضچه‌های خشک و اقسام درب‌ فلزی آنها آشنا خواهیم شد.

 

1-1- ارزیابی مسأله

 

پانلهای ورقی تقویت‌شده فولادی به‌صورت بسیار گسترده‌ای به‌عنوان اجزای اولیه بسیاری از سیستم‌های سازه‌ای نظیر تیرهای حمال قوسی شکل، هواپیماها، کشتی‌ها و سازه‌های فراساحلی به‌کار برده می‌شوند. سادگی ساخت و نسبت مقاومت به وزن بالای آنها، جذابیت خاصی به اینگونه ورقها داده است. تقویت‌کننده‌ها، وزن بسیار کمی در مقایسه با وزن کل سازه را دارا می‌باشند، در حالیکه به‌میزان قابل توجهی بر پایداری و مقاومت آن تاثیر می‌گذارند [4]. ورقهای تقویت شده بطور معمول شامل یک ورق با تقویت‌کننده‌های با فواصل مساوی جوش‌شده در یک طرف و تقویت‌کننده‌های متقاطع میانی می‌باشند. معمولترین مقاطع عرضی تقویت‌کننده عبارت از مقاطع حبابی، تسمه‌ای، سپری و نبشی می‌باشند [5].

 

صفحات، در حالات تقویت شده یا تقویت نشده، مهمترین المانهای سازه‌ای در سازه‌های دارای دیواره‌های نازک، مانند کشتی‌ها و سازه‌های فراساحلی می‌باشند [6]. بارهای فشاری درون صفحه‌ای تقریبا بیشترین بارهای وارده بر روی چنین المانهایی هستند. مقاومت ورقها و المانهای ورق‌های تقویتی بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی تاثیر می‌گذارد [7]. در طراحی کشتیها و سازه‌های فراساحلی، ضروری است اطمینان حاصل کنیم که سازه دارای مقاومت کافی برای تحمل شرایط بارگذاری حدی[1] باشد. مقاومت ورقها و ورقهای تقویت شده بر روی ظرفیت سازه‌ای کلی یا مقاومت نهایی کل سازه تاثیرگذار می‌باشند [6].

 

از سوی دیگر، کشتیها و سکوهای فراساحلی در یک محیط دریایی تهاجمی بکار برده می‌شوند. در اثر فعل و انفعالات بین ساختارهای فلزی کشتی‌ها و سکوهای فراساحلی با محیط دریایی، خوردگی ایجاد می‌شود [7]. مشکلات خوردگی و مربوط به خوردگی بعنوان مهمترین فاکتورهایی که سبب فروافت سازه‌ای مرتبط با سن کشتیها و بسیاری از سایر انواع سازه‌های فولادی می‌گردند، شناخته می‌شوند. خوردگی دارای اثر مضری از نقطه نظر ایمنی می‌باشد و می‌تواند موجب رخنه در ضخامت[2] ، ترکهای خستگی[3] ، شکستگی ترد[4] و گسیختگی ناپایدار[5] شود. چنین تاثیراتی بسته به نوع کشتی یا سازه‌های فراساحلی، می‌تواند سبب خطرات جانی و آلودگی‌های زیست محیطی گردد.

 

کمیته ساختمان کشتی[6]، هشت نوع طبقه‌بندی را برای خوردگی تعریف نموده است. این طبقه‌بندیها مشتمل بر خوردگی یکسان یا عمومی، خوردگی گالوانیکی، خوردگی ناشی از ترک مویی، خوردگی حفره‌دار، خوردگی درون دانه‌ای، فروشست انتخابی[7]، خوردگی سرعت و ترکهای خوردگی تنشی می‌باشند. بعلاوه، این موضوع بایستی تاکید گردد که انواع خوردگیهای مزبور از یکدیگر کاملاً مستقل نبوده و درجات معینی از همپوشانی بین آنها برقرار است [6].

 

 

 

خوردگی در سازه‌های دریایی عمدتا به دو شکل خوردگی عمومی و خوردگی محلی دیده می‌شود. عموماً، خوردگی حفره‌دار بعنوان بیشترین حمله خورنده محلی شناخته می‌شود و در مقایسه با کل سطح درمعرض، نسبتاً کوچک می‌باشند. بعنوان مثالی از خوردگی عمومی می‌توان به چارچوبهای نگهدارنده کشتی‌های فله‌بر که دارای پوشش محافظتی نظیر رنگهای اپوکسی می‌باشند، اشاره نمود [7]. خوردگی حفره دار، در سازه‌های فولادی که در تماس با آب هستند یا در معرض شرایط آب و باد هستند، همچنین در مخازن حامل محموله‌های مایع ایجاد می‌شود (شكل ‏1‌.‌‌1). معمولاً سوراخها در امتداد گرانش رشد می‌نمایند. حفره‌های خیلی عمیق می‌توانند سبب ایجاد سوراخ در صفحه گردیده و ممکن است سبب آلودگی جدی شوند. حفره‌ها در ورقهایی که زیر آب نمی‌روند و یا صرفاً در معرض اسپری آب هستند، ایجاد نمی‌شوند. در صورت مشاهده خوردگی متمرکز در چارچوبهای نگهدارنده فله‌برها، محلهای حملات خورنده که حفره‌ای هستند نسبتاً بزرگ می‌باشند (تقریباً تا قطر 50 میلی‌متر) [6].

 

خوردگی عمومی مشکلی است که در المانهای صفحه‌ای که فاقد پوشش محافظتی هستند، رخ می‌دهد (شكل ‏1‌.‌‌1) و سطوح ورق ممکن است به‌صورت طیف‌های موجی‌شکل خورده شوند [7]. این نوع خوردگی به شکل زنگ بر روی سطوح فولادی محافظت نشده ظاهر می‌شوند. مقیاس زنگ زدگی دائماً ارتباط آهن تازه با حملات خورنده را قطع می کند. همچنین، مقیاس زنگ زدگی دارای عمق ثابت و غلظت یکنواختی بر روی سطح می‌باشد. خوردگی عمومی بر روی کل سطح صفحه فولادی گسترش می‌یابد و سبب کاهش ضخامت، و متعاقب آن موجب تسهیل ترکهای خستگی، شکستگی ترد و گسیختگی ناپایدار می‌گردد [6].

 

2-1- سوابق مطالعات قبلی

 

ماتئوس و ویتز[1] [8]، تاثیرات خوردگی عمومی بر روی پس-کمانش ورقهای یک طرف خورده شده را با بهره گرفتن از شیوه کاهش ضخامت یکسان[2]  و مدل شبه تصادفی سطح ضخامت[3] ارزیابی کردند. آنها مشخص نمودند که شیوه معمول کاهش ضخامت یکسان برای تخمین تاثیرات خوردگی عمومی روش دقیقی نمی‌باشد، برای اینکه مفاصل پلاستیک شکل می‌گیرد، به این دلیل که بی‌نظمی سطح صفحه سبب کاهش اندکی در مقاومت نهایی آن گردیده و سبب تاثیر چشمگیری در رفتار پس-کمانش صفحه می‌گردد.

 

دایدولا و همکاران[4] [9]، یک مدل ریاضی را برای تخمین ضخامت باقیمانده ورقهای حفره شده، با بهره گرفتن از مقادیر میانگین و بیشینه داده‌های حفره‌ها یا تعداد حفره‌ها و عمق عمیقترین حفره پیشنهاد دادند، و روشی را برای ارزیابی تاثیر کاهش ضخامت ناشی از حفره شدن موضعی و کمانش صفحه مبتنی بر شیوه احتمالاتی، ارائه نمودند. بعلاوه، آنها ابزارهایی را که توانایی ارزیابی مقاومت باقیمانده صفحات حفره شده را داشتند، توسعه دادند.

 

اسلیتر و همکاران[5] [10]، مطالعه‌ای را بر روی مقاومت کمانشی و رفتار صفحات کشتی خورده شده را با بهره گرفتن از روش اجزاء محدود انجام دادند.

 

پایک و همکاران[6] [11]، [12]، بر روی مشخصات مقاومت نهایی المانهای صفحه‌ای حفره‌دار تحت نیروی فشاری محوری و نیروی برشی داخلی مطالعه نموده و فرمول نزدیکی را برای پیش‌بینی مقاومت نهایی صفحات حفره‌دار با بهره گرفتن از شیوه فاکتور کاهش مقاومت (مجزا ) استنتاج نمودند. آنها با حالتی سرو کار داشتند که شکل حفره‌های خوردگی بصورت استوانه‌ای بود.

 

وانگ و همکاران[7] [4]، مطالعه‌ای را بر روی فعل و انفعال متقابل گسیختگی کمانشی ورق‌های فولادی تقویت‌شده انجام دادند. آنها در این ارزیابی، رفتار کمانشی چهار ورق تقویت‌شده با اندازه واقعی را که دارای تقویت‌کننده‌های طولی از نوع سپری بودند را به روش‌های تجربی و تحلیلی بررسی نمودند. روش اجزاء محدود به‌کار گرفته شده در این ارزیابی، توانایی پیش‌بینی ظرفیت و حالت‌های گسیختگی نمونه‌ها را داشت. آنها در این مطالعه به وجود واکنش کمانشی متقابل، با توجه به تبعیت کمانش ورق از کمانش کلی، بصورت عملی پی بردند.

 

اوک و همکاران[8] [13]، بر روی ارزیابی اثرات خوردگی حفره‌ای موضعی که در یک یا چندین ناحیه بزرگ ممکن در مقاومت نهایی ورقهای تقویت نشده متمرکز می‌شوند، مطالعه نمودند. آنها روش رگرسیون چند متغیره را به منظور استنتاج فرمول جدیدی برای پیش‌بینی مقاومت نهایی ورقهای تقویت نشده با خوردگی موضعی بکار بستند. نتایج آنها مشخص نمود که طول، عرض و عمق خوردگی حفره‌ای دارای اثرات کاهنده بر روی مقاومت نهایی ورقها، هنگامیکه لاغری ورق صرفاً یک اثر حاشیه‌ای بر روی کاهش مقاومت دارد، می‌باشد.

 

آنها همچنین تعیین کردند که موقعیت عرضی خوردگی حفره‌ای، عامل مهمی در تعیین مقدار کاهش مقاومت می‌باشد.

 

کمانش یا مقاومت نهایی ورقهای فولادی خورده‌ شده، بصورت تجربی، عددی یا تحلیلی توسط برخی از محققان ارزیابی گردیده است [14]، [15]، [16]، [17]، [18]. بسیاری از اینگونه مطالعات تحقیقی بر روی ورقهای تقویت شده با خوردگی حفره‌ای انجام گرفته‌اند.

 

خدمتی و همکاران[9] [5]، یک ارزیابی عددی را به منظور مطالعه تاثیر فشار جانبی بر روی رفتار پس-کمانش و مشخصات مقاومتی ورقهای آلومینیومی تقویت‌شده که درمعرض فشار درون‌صفحه‌ای می‌باشند، انجام دادند. بدین منظور، مدلهای مختلفی که دارای چیدمان‌های جوشی و تقویت‌کننده‌های متفاوتی بودند، تجزیه و تحلیل گردیدند. از خلال مطالعات آنها مشخص گردید که تحت فشار درون‌صفحه‌ای خالص، وجود و آرایش خطوط جوش تاثیر چشمگیری بر روی مقاومت کمانشی اولیه[10] مدلها ندارد، اما رفتار پس-کمانش و مشخصات مقاومتی مدلها بوسیله نوع تقویت‌کننده‌ها و آرایش جوش تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

 

خدمتی و همکاران [6]، در تحقیقاتشان بر روی مقاومت صفحات فولادی با ضایعات خوردگی توزیع شده تصادفی در هر دو طرف ورق تحت فشار تک محوری مطالعه نمودند، آنها یک سری از آنالیزهای اجزاء محدود الاستیک-پلاستیک غیرخطی بر روی ورقها در شرایط مختلف خورده‌نشده و بصورت تصادفی خورده‌شده و تحت نیروی فشاری داخلی را انجام دادند و سری کامل روابط میانگین تنش-میانگین کرنش ورقها، با درنظر گرفتن تغییرات نسبت صفحه ورق و ضخامت یا لاغری ورق را استنتاج نمودند.

 

آنها همچنین نتیجه گرفتند که بی‌قاعدگی اجزاء محدود در مدلهای ورق با خوردگی عمومی تصادفی سبب برخی تغییرات کوچک در روابط میانگین تنش-میانگین کرنش پس از احراز مقاومت نهایی می‌گردد. منحنی رابطه میانگین تنش-میانگین کرنش برای ورق خورده شده یکنواخت معادل می‌تواند بعنوان منحنی میانگین برای واکنش فشاری ورقهای خورده شده تصادفی درنظر گرفته شود.

 

قوامی و خدمتی [19]، مطالعه‌ای را به منظور آنالیز تغییرشکل غیرخطی بزرگ ورق‌های تقویت‌شده انجام دادند. آنها بدین منظور یک سری ارزیابی‌های تجربی را بر روی ورق‌های فولادی تقویت‌شده که تحت فشار محوری یکنواخت بودند را تا رسیدن به گسیختگی نهایی، با بهره گرفتن از برنامه اجزاء محدود Ansys انجام دادند. در نتیجه این ارزیابی، مشخص گردید که المان SHELL43 می‌تواند برای مطالعه رفتار الاستیک-پلاستیک ورق‌های تقویت‌شده به‌کار برده شود.

 

[1] Mateus and Witz

 

[2] Uniform Thickness Reduction Approach

 

[3] Quasi-Random Thickness Surface Model

 

[4] Daidola et al.

 

[5] Slater et al.

 

[6] Paik et al.

 

[7] Wang et al.

 

[8] Ok et al.

 

[9] Khedmati et al.

 

[10] Initial Buckling Strength

 

[1] Extreme Loading Situation

 

[2] Thickness Penetration

 

[3] Fatigue Cracks

 

[4] Brittle Fracture

 

[5] Unstable Failure

 

[6] Ship Structure Committee

 

[7] Selective Leaching

 

[1] Dry Docks