شبیه سازی عددی پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه در اعضای سازه های دریایی با در نظر گرفتن تغییرات در هندسه مقطع

هنگامی که سیال از یک جسم غیر خط جریانی عبور می‏نماید، میدان فشار در جریان نیز دستخوش تغییر می‏گردد. گرادیان فشار در نزدیکی لبه پایین دست جسم به گونه‏ای ‏است که لایه مرزی از سطح جسم جدا می‏گردد. با حرکت این لایه برشی در دنباله جسم، ذرات داخلی لایه سیال آرام‏تر ‏از ذرات بیرونی حرکت نموده و سبب پیچ خوردن لایه برشی و تشکیل گردابه می‏گردند. تولید متناوب گردابه‏ها سبب اعمال یک فشار نوسانی بر جسم گردیده که می تواند موجب ارتعاش آن گردد. در صورت چشم پوشی از این پدیده که با عنوان پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه شناخته می‏شود، فجایع جبران ناپذیری به وقوع می‏پیوندند. نمونه‏ای ‏از این فجایع را می‏توان در خرابی پل دره tacoma در نیویورک (1940)، خرابی 3 برج نیروگاه ferrybridge در انگلستان (1968) در اثر باد های پر سرعت و خارج شدن پنجره‏های برج john hancock در بوستون (1960) جستجو نمود. در این پایان‏نامه به مطالعه عددی و آزمایشگاهی پدیده تولید گردابه ، ارتعاشات ناشی از گردابه و ارتعاشات ناشی از سایه در استوانه‏ها (با مقطع دایره‏ای) ‏پرداخته شده است. استوانه‏های ‏مورد بررسی شامل دو نوع استوانه با مقطع یکنواخت و مخروطی می‏باشد. در بررسی‏های عددی تنها به بررسی دو پدیده تولید گردابه (در حالت استوانه یکنواخت و مخروطی ثابت) و ارتعاشات ناشی از گردابه (در حالت استوانه ارتجاعی) پرداخته شده است. مطالعات آزمایشگاهی نیز پدیده‏های ارتعاشات ناشی از گردابه (استوانه یکنواخت و مخروطی ارتجاعی تکی) و ارتعاشات ناشی از سایه (دو استوانه یکنواخت و مخروطی با آرایش پشت هم) را شامل می‏گردد. در بررسی استوانه‏های مخروطی و یکنواخت با آرایش پشت هم، استوانه‏ بالا دست ثابت و استوانه‏ پایین دست انعطاف‏پذیر در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج شبیه‏سازی سه بعدی پدیده تولید گردابه در استوانه‏های ‏یکنواخت و مخروطی در برابر سایر داده‏های آزمایشگاهی و عددی مبین دقت قابل قبول مدل در شبیه‏سازی این پدیده می‏باشد. پیوند دو مدول سازه‏ای ‏و سیالاتی جهت شبیه‏سازی پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه در حالت دو بعدی و سه بعدی با موفقیت به انجام رسیده و نتایج آنها انطباق نسبتاً خوبی با نتایج شبیه‏سازی‏های عددی سایر محقین و داده‏های آزمایشگاهی بدست آمده در مطالعات فعلی، نشان می‏دهد. دقت اندازه‏گیری‏ها در آزمایش‏ها انجام شده بر روی استوانه‏های یکنواخت درحالت تکی و پشت هم با مقایسه آنها در برابر سایر داده‏های آزمایشگاهی تایید گردیده است. تغییرات جابجایی (در راستای جریان و عمود بر جهت جریان) و فرکانس ارتعاشات در برابر سرعت کاهش یافته برای استوانه‏های یکنواخت ومخروطی استخراج و با یکدیگر مقایسه گردیده‏اند. همچنین در هر مورد ضرایب نیروهای برآیی و پسایی با استفاده از معادله دینامیکی حرکت سازه تعیین گردیده است. در انتها نتایج بدست آمده از آزمایش‏های محدود نمایان‏سازی گردابه‏ها ارائه گردیده است.