การวิเคราะห์ของท่อลำเลียงของไหลที่ยืดตัวได้ในสามมิติ

Analysis of Three-Dimensional Extensible Marine Risers Transporting Fluid

Name: ชัยณรงค์ อธิสกุล

Name: Chainarong Athisakul

keyword: ท่อลำเลียงของไหลในทะเลที่เสียรูปในสามมิติ

; Three-dimensional Marine Risers

Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์ที่จะพัฒนาแบบจำลองของท่อลำเลียงของไหลที่ยืดตัวได้ในสามมิติ และศึกษาถึงผลกระทบของการยืดตัวมากในแนวแกน การบิด และผลกระทบเนื่องจากของไหล ภายในท่อที่มีต่อพฤติกรรมของท่อลำเลียง แบบจำลองดังกล่าวพัฒนาขึ้นโดยวิธีการแปรผันบน พื้นฐานของทฤษฎีอิลาสติคคาของวัสดุที่เสียรูปได้มากตามแนวแกน โดยพิจารณามุมมองของการเสีย รูปทั้งในแบบโททอลลากรองจ์อัพเดทลากรองจ์ และออยเลอร์ จากหลักการพลังงานเสมือนทำให้ ได้มาซึ่งสมการสมดุลเชิงพลศาสตร์ซึ่งครอบคลุมปัญหาในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน ความถูกต้องของ สมการซึ่งครอบคลุมปัญหานี้ได้รับการตรวจสอบโดยการพิจารณาสมดุลของแรงเละโมเมนต์ที่ กระทำต่อชิ้นส่วนท่อลำเลียง วิธีการไฟไนต์เอลิเมนต์ภายใต้มุมมองแบบอัพเดทลากรองจ์ได้นำมาใช้ในการหาคำตอบเชิงตัวเลข ผลจากการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าทิศทางของกระแสน้ำมีผลต่อค่าการเคลื่อนที่มากที่สุดและค่า โมเมนต์คัดสูงสุดของท่อลำเลียงแต่มีผลกระทบน้อยมากต่อค่าความถี่ธรรมชาติมูลฐานและรูปแบบ การสั่นของท่อลำเลียง การเพิ่มขึ้นของการยืดตัวตามแนวแกนจะลดขนาดของการเสียรูปมากและลด ค่าโมเมนค์คัดที่เกิดขึ้นในท่อลำเลียง นอกจากนี้การเพิ่มขึ้นของการยืดตัวตามแนวแกนยังเพิ่ม ค่าความถี่ธรรมชาติมูลฐานและค่าความถี่ธรรมชาติของการสั่นนอกระนาบ สำหรับรูปแบบการสั่น ตามขวางในระนาบนั้นจะเกิดการเปลี่ยนรูปแบบการสั่นได้เมื่อท่อลำเลียงมีค่าของการยืดตัวตามแนวแกน น้อยๆ ในส่วนของผลกระทบเนื่องจากของไหลภายในท่อพบว่า เมื่อความเร็วของของไหลภายในท่อ เพิ่มขึ้นจะก่อให้เกิดแรงในทิศทางตามแนวแกนของท่อ ซึ่งแรงนี้จะทำให้ค่าความถี่ธรรมชาติและ เสถียรภาพของท่อลำเลียงมีค่าลดลง ในกรณีที่ท่อลำเลียงรับการบิดจะพบว่าค่าการบิดที่เพิ่มขึ้นในตัว ท่อจะทำให้การเคลื่อนที่มากของท่อลำเลียงมีขนาดลดลง แต่การเสียรูปเนื่องจากการบิดมีผลกระทบ ต่อการเปลี่ยนแปลงค่าความถี่ธรรมชาติของท่อลำเลียงเพียงเล็กน้อย แบบจำลองของท่อลำเลียงของไหลที่พัฒนาขึ้นนี้ไม่ได้ถูกจำกัดเพื่อใช้กับปัญหาของท่อลำเลียงของ ไหลที่ยืดตัวได้ในสามมิติเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับปัญหาโครงสร้างอีลาสติคคาแบบ อื่นๆ รวมถึงปัญหาทางด้านกลศาสตร์ชีวภาพได้อีกด้วย

Abstract: This dissertation aims to develop a three-dimensional model formulation of extensible marine risers transporting fluid and to study the effects of axial deformation, torsion and internal flow on the behaviors of the risers. A variational formulation is developed based on the extensible elastica theory and the view of continuum mechanics in three descriptions namely, the total Lagrangian, the updated Lagrangian, and the Eulerlian. By the principle of virtual work-energy, the governing dynamic equilibrium equations are derived in the Cartesian coordinate. These governing equations are validated by the vectorial summation of forces and moments. The finite element method based on the updated Lagrangian description is used to obtain the numerical solutions. The results indicate that the direction of current load affects the maximum displacements and maximum bending moments of the marine risers but it has insignificant effect on the fundamental natural frequencies and mode shapes of the marine risers. The increase in axial deformation reduces displacements and bending moments of the marine risers. The increase in axial deformation also increases the fundamental and out-of-plane natural frequencies of the marine risers. The change in the mode shape of normal oscillations can appear when the riser has low axial deformation. The increase in velocity of transporting fluid induces the tangential load which reduces natural frequencies and stability of the marine risers. The increase in torsional deformation reduces the maximum displacements but has an insignificant effect on dynamic properties of the riser. The model formulation developed in this study is not only limited to the threedimensional extensible marine risers transporting fluid, but also can be applied to several elastica problems and certain biomechanics applications.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด.

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: สมชาย ชูชีพสกุล

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2551

Modified: 2553-12-04

Issued: 2553-11-21

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CVE2750

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมโยธา

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CVE2750.pdf	2.89 MB	128	2025-05-14 13:12:44
2	CVE2750ab.pdf	51.1 KB	32	2021-08-26 14:36:38

ใช้เวลา

0.036916 วินาที