دانلود پایان نامه ارشد: بررسی پدیده گالوپینگ به روش المان محدود

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :طراحی کاربردی

عنوان : بررسی پدیده گالوپینگ به روش المان محدود

موسسه آموزش عالی جامی

گروه مهندسی مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

بررسی پدیده گالوپینگ به روش المان محدود

 

استاد راهنما:

دکتر سعید ضیایی راد

آذر 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست

عنوان                                                                                                                          صفحه

فهرست مطالب …………………………………………………………………………………………………………………………………….. خ

فهرست اشکال ………………………………………………………………………………………………………………………………………. ذ

فهرست جداول ………………………………………………………………………………………………………………………………………. ز

چکیده …………………………………………………………………………………………………………………………………………………. س

فصل اول : مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………….  1  11-1 پیشگفتار …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

1-2 مروری بر کارهای انجام شده ……………………………………………………………………………………………………….. 3

فصل دوم : مدل دینامیکی پدیده گالوپینگ ……………………………………………………………………………….. 7  

2-1 معادلات حرکت ………………………………………………………………………………………………………………………….. 9

2-2 انرژی جنبشی و ماتریس جرم …………………………………………………………………………………………………… 14

2-3 ماترس سختی ……………………………………………………………………………………………………………………………. 15

2-4 بردار نیروهای تعمیم یافته ………………………………………………………………………………………………………… 17

2-5 تجزیه و تحلیل اغتشاش و معادلات حاکم ………………………………………………………………………………… 18

2-6 شروع گالوپینگ در سرعت باد بحرانی ………………………………………………………………………………………. 20

فصل سوم : تحلیل غیر خطی پدیده گالوپینگ…………………………………………………………………………. 21

3-1 مبانی روش  غیر خطی ……………………………………………………………………………………………………………… 22

فصل چهارم : مدل سازی المان محدود ………………………………………………………………………………………. 24

4-1 فرمولاسیون عمومی …………………………………………………………………………………………………………………… 25

4-2 المان سه گرهی کابل ………………………………………………………………………………………………………………… 25

4-3 ماتریس جرم ……………………………………………………………………………………………………………………………… 27

4-4 ماتریس سختی ………………………………………………………………………………………………………………………….. 28

4-4-1 محاسبه  ………………………………………………………………………………………………………………………. 28

4-4-2 محاسبه  …………………………………………………………………………………………………………………….. 29

4-4-3 محاسبه  …………………………………………………………………………………………………………………. 30

4-5 فرمولاسیون بردار بار خارجی  ……………………………………………………………………………………………. 31

4-6 مدلسازی دهانه و پشتیبانی رشته های عایق……………………………………………………………………………… 32

4-7 فرمولاسیون ماتریس میرایی کل………………………………………………………………………………………………… 32

فصل پنجم : نتایج عددی………………………………………………………………………………………………………………. 32

5-1 شبیه سازی عددی………………………………………………………………………………………………………………………. 33

5-1-1 سرعت بحرانی کابل اول…………………………………………………………………………………………………………. 36

5-1-2 سرعت بحرانی کابل دوم…………………………………………………………………………………………………………. 39

5-2 بررسی اثر پارامترهای کابل…………………………………………………………………………………………………………. 43

5-3 نوسانات کابل به کمک روش المان محدود ………………………………………………………………………………. 53

5-3-1سرعت بحرانی کابل اول به روش المان محدود………………………………………………………………………. 54

5-3-2سرعت بحرانی کابل دوم به روش المان محدود……………………………………………………………………… 59

فصل ششم : نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………. 64

پیشنهادات برای ادامه کار ………………………………………………………………………………………………………………….. 66

مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

 

 

 

 

 

 

فهرست اشکال

شکل                                                                                                                            صفحه

شکل (2-1) شماتیک خط انتقال و سطح مقطع آن …………………………………………………………………………… 7

شکل (4-1) مدل خط انتقال با جداساز ……………………………………………………………………………………………. 24

شکل (4-2) شماتیکی از مدل المان محدود کابل ……………………………………………………………………………. 26

شکل (5-1) سطح مقطع کابل اول و ضرایب نیروهای آیرودینامیکی بر حسب زاویه حمله ……………. 33

شکل (5-2) سطح مقطع کابل دوم و ضرایب نیروهای آیرودینامیکی بر حسب زاویه حمله …………… 34

شکل (5-3)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول)……….. 36

شکل (5-4)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول) ………. 37

شکل (5-5)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول) ……… 37

شکل (5-6)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول) ………..38

شکل (5-7)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول) ………..38

شکل (5-8)     ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل اول) ……….39

شکل (5-9)     ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل دوم)………..40

شکل (5-10)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل دوم)………40

شکل (5-11)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد  (کابل دوم) ……41

شکل (5-12)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل دوم)………41

شکل (5-13)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل دوم) ……..42

شکل (5-14)   ، منحنی درایه های ستون اول جدول راث بر حسب سرعت باد (کابل دوم )……..42

شکل (5-15) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب EA براي کابل اول……………………………………….. 44

شکل (5-16) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب EA براي کابل دوم……………………………………….. 44

شکل (5-17) تغییرات سرعت بحرانی کابل بر حسب GJ براي کابل اول…………………………………………. 45

شکل (5-18) تغيرات سرعت بحرانی کابل بر حسب GJ براي کابل دوم…………………………………………  45

شکل (5-19) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب H براي کابل اول………………………………………….. 46

شکل (5-20) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب H براي کابل دوم………………………………………….. 46

شکل (5-21) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل اول………………………………………. 47

شکل (5-22) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل دوم…………………………………….. 47

شکل  (5-23) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب m براي کابل اول………………………………………… 48

شکل  (5-24) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب m براي کابل دوم……………………………………….. 48

شکل  (5-25) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب L براي کابل اول………………………………………….. 49

شکل  (5-26) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب L براي کابل دوم…………………………………………. 49

شکل (5-27) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل اول……………………………………… 50

شکل (5-28) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل دوم……………………………………… 50

شکل (5-29) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل اول………………………………………. 51

شکل (5-30) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل دوم……………………………………… 51

شکل (5-31) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل اول………………………………………. 52

شکل (5-32) تغييرات سرعت بحرانی کابل بر حسب  براي کابل دوم……………………………………… 52

شکل (5-33) شماتیکی از کابل با 11 گره………………………………………………………………………………………… 54

شکل (5-34) نوسان گره 6 کابل اول در جهت X با سرعت 8 متر بر ثانیه……………………………………… 55

شکل (5-35) نوسان گره 6 کابل اول در جهت X با سرعت 5/7 متر بر ثانیه………………………………….. 55

شکل (5-36) نوسان گره 6 کابل اول در جهت Y با سرعت 8 متر بر ثانیه………………………………………. 56

شکل (5-37) نوسان گره 6 کابل اول در جهت Y با سرعت 5/7 متر بر ثانیه………………………………….. 56

شکل (5-38) نوسان گره 6 کابل اول در جهت Z با سرعت  8 متر بر ثانیه…………………………………….. 57

شکل (5-39) نوسان گره 6 کابل اول در جهت Z با سرعت  5/7 متر بر ثانیه…………………………………. 57

شکل (5-40) نوسان گره 6 کابل اول در جهت  با سرعت  8 متر بر ثانیه…………………………………….. 58

شکل (5-41) نوسان گره 6 کابل اول در جهت  با سرعت 5/7 متر بر ثانیه………………………………….. 58

شکل (5-42) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت X با سرعت 6 متر بر ثانیه……………………………………… 60

شکل (5-43) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت X با سرعت 2/5 متر بر ثانیه………………………………….. 60

شکل (5-44) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت Y با سرعت 6 متر بر ثانیه……………………………………… 61

شکل (5-45) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت Y با سرعت 2/5 متر بر ثانیه………………………………….. 61

شکل (5-46) نوسان گره 6 کابل اول در جهت Z با سرعت  6 متر بر ثانیه……………………………………… 62

شکل (5-47) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت Z با سرعت  2/5 متر بر ثانیه…………………………………. 62

شکل (5-48) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت  با سرعت  6 متر بر ثانیه…………………………………….. 63

شکل (5-49) نوسان گره 6 کابل دوم در جهت  با سرعت  2/5 متر بر ثانیه………………………………… 63

 

 

فهرست جداول

جدول                                                                                                                          صفحه

جدول (5-1) ضرایب چند جمله ای های درجه سه مربوط به ضرایب نیروهای آیرودینامیکی……….. 35

جدول (5-2) مقادير فيزيکی و هندسی مربوط به کابل هاي اول و دوم…………………………………………… 35

جدول (5-3)  مقدار درصد خطای دو روش راث و المان محدود مربوط به کابل اول……………………..  54

جدول (5-4)  مقدار درصد خطای دو روش راث و المان محدود مربوط به کابل دوم……………………… 59

 

 

چکیده

پدیده ای است که در اثر آن نوسانات با دامنه بالا وفرکانس پایین بر روی کابل های انتقال جریان فشار قوی به وجود می آید. این پدیده به علت ناپایداری حالت تعادل استاتیکی کابل ها ودر اثر اغتشاشات اولیه به وجود می آید. اگر سرعت باد که در راستای عمود بر کابل می وزد از یک سرعت بحرانی بیشتر شود، حالت تعادل استاتیکی کابل ناپایدار شده و نوسانات کوچک اولیه به تدریج رشد می کنند و نهایتا به نوسانات حدی با دامنه بالا و فرکانس پایین می رسند. در اثر این پدیده برخورد بین فازها به وجود می آید و به کابل ها و سازه های نگه دارنده آن­ها صدمات زیادی وارد می شود. آگاهی نسبت به دامنه نوسانات کابل ها در اثر این پدیده برای رعایت فاصله بین فازها و استفاده در طراحی ها بسیار ضروری می باشد. در این پایان نامه معادلات حرکت کابل ها با استفاده از روش تقریبی مودهای فرضی استخراج می گردند. شرط ناپایداری حالت تعادل استاتیکی کابل وسرعت بحرانی با خطی کردن معادلات به دست می آید. روش معمول برای حل معادلات حرکت استفاده از روش عددی حل معادلات دیفرانسیل می باشد. علاوه بر این در این پایان نامه از روش المان محدود برای پیدا کردن نوسانات کابل مورد استفاده قرار می گیرد. نتايج بدست آمده برای سرعتی که در آن گالوپينگ رخ می دهد از دو روش مودهای فرضی و المان محدود با نتايج تجربی انجام شده توسط ديگر محققين مقايسه گرديده است. تطابق مناسب بين نتاج تحليلی و تجربی بيانگر صحت روابط ارائه شده و برنامه های نوشته شده می باشد.

 

 

 

 

فصل اول

                                           مقدمه

 

 

 

 

1-1 پيشگفتار

انتقال توان الکتريکي توليد شده در نيروگاه­ها به مراکز مصرف يکي از مسائلي است که در هر کشوري از اهميت خاصي برخوردار است. پس از توليد توان الکتريکي، طراحي و ساخت تجهيزات مربوط به آماده کردن اين توان براي انتقال، نظير ترانسفورماتورها و…. طراحي و ساخت تجهيزات مربوط به انتقال اين توان مورد توجه قرار مي گيرد. طراحي دکل­ها، کابل­ها، کمربندهاي برج­ها و فاصله مورد نياز براي هادي­ها از مواردي است که در اين مرحله به آن پرداخته مي شود. نظر به اهميت موضوع و فاجعه آميز بودن وقايعي که در صورت طراحي نادرست اين تجهيزات در راه انتقال انرژي الکتريکي ممکن است اتفاق بيفتد، موارد زيادي در طراحي اين تجهيزات بايد مورد توجه قرار گيرد. به عنوان مثال اگر فاصله مورد نياز بين هادي­ها لحاظ نشود و در اثر حرکت هادي­ها برخورد بين دو فاز بوجود آيد، جرقه­هاي بوجود مي آيد که سبب ضعيف شدن منبع توليد توان مي شوند ويا در مناطق سردسير که هادي­ها با يخ پوشيده مي شوند در صورت جدا شدن يخ، کابل­ها به نوسان در مي آيند که اين نوسانات به سازه هاي فولادي نگهدارنده کابل­ها صدمه مي زند و آن­ها را دچار خستگي مي کند. همچنين اگر به هر علت کابل­ها پاره شوند فشار زيادي به کابل­ها وارد مي شود.

يکي از اين دست مسائل که براي کابل­ها به وجود مي آيد و بايد در طراحي­ها مورد توجه قرار گيرد پديده گالوپينگ است. گالوپينگ در لغت به معناي تاختن و چهار نعل رفتن اسب است و در اصطلاح فني به نوسانات غير خطي بر انگيخته با فرکانس پايين و دامنه نوسان بالا اطلاق مي شود که بر روي خطوط انتقال انرژي الکتريکي اتفاق مي افتد. چنين پديده اي در لوله هاي دراز، تجهيزات مربوط به پرتاب سفينه هاي فضايي و پل هاي معلق نيز ديده مي شود. اين پديده بيشتر زماني مشاهده مي شود که سطح مقطع کابل بر اثر يخ زدن از حالت تقارن خارج مي شود. به همين دليل اين پديده بيشتر در مناطقي اتفاق مي افتد که داراي آب وهواي سرد مي باشند وبادهاي نسبتا قوي نيز در اين مناطق مي وزد. در اثر اين پديده نوسان­هاي با دامنه بالا در خطوط انتقال انرژي الکتريکي بوجود مي آيد که اين مساله خود باعث بروز مشکلات عمده اي مي شود.

ناتواني در جلوگيري از پديده گالوپينگ منجر به خرابي کابل­ها، برخورد هادي با زمين، خرابي ناگهاني سيم­هاي عايق، سازه هاي نگهدارنده واجزاي برج­ها، شل شدن وبيرون آمدن کمربند برج­ها، خستگي دراجزاي برج­هاي فولادي وخستگي هادي در اثر کشش مي شود. همچنين در اثر اين پديده امکان برخورد بين فازها و ايجاد جرقه­هايي بين کابل­ها وجود دارد که اين باعث ضعيف شدن و خرابي سيستم توليد توان الکتريکي مي شود.

به دليل مخرب بودن اين پديده پژوهش­هاي تحليلي و آزمايشگاهي بسياري در اين زمينه انجام شده است. اين پديده حداقل از سال1930 مشاهده شده است و با وجود پژوهش­هاي بسيار در اين زمينه تا کنون مساله مربوط به اين پديده کاملا حل نشده است. شايد يک دليل براي اين موضوع وجود نداشتن يک مدل ساده وجامع براي اين پديده باشد.

پديده گالوپينگ هم در کابل­هاي تک و هم در کابل­هاي باندول دوتايي و سه تايي مي تواند به وجود آيد. استفاده از کابل هاي باندول شده براي انتقال انرژي الکتريکي بهترين واقتصادي ترين راه حل مي باشد. اما مسئله اي که وجود دارد اين است که کابل­هاي باندول شده به دليل الاستيسته زياد نسبت به سرعت باد بسيار حساس مي باشند و گزارشات نشان مي دهد که کابل­هاي باندول شده بيشتر از هادي هاي تک دچار پديده گالوپينگ مي شوند. همان­گونه که گفته شد هر گاه سطح مقطع کابل از حالت متقارن خارج شود احتمال رخ دادن پديده گالوپينگ بيشتر مي شود. يخي که بر روي هادي­هاي باندول شده شکل مي گيرد نسبت به يخي که بر روي هادي هاي تک مي­نشيند غير متقارن تر است بنابراين سطح مقطع هادي­هاي باندول شده از نظر آيروديناميکي مي تواند ناپايدارتر از هادي­هاي تک باشد. در هادي­هاي تک چون کابل سختي کمتري دارد مي­تواند حول محور مرکزي خود گردش داشته باشد که در هنگام شکل گيري يخ، اين چرخش باعث مي شود که يخ حاصله به حالت تقارن نزديک­تر باشد در حالي که هادي­هاي باندول شده داراي سختي پيچشي بيشتري هستند که از اين چرخش جلوگيري مي کند وسبب مي شود که يخ به صورت نامتقارن شکل بگيرد.

در اين پايان نامه شرايطي که براي بوجود آمدن پديده گالوپينگ لازم است را بصورت تئوري به دست خواهيم آورد. ابتدا در اين فصل کارهاي قبلي که در اين زمينه انجام شده وتئوري­هاي مختلفي که در مورد اين پديده بيان شده است مورد بررسي قرار مي گيرند و مدل­هاي مختلفي که براي بيان اين پديده ارائه شده است معرفي مي گردد.

  Galloping

تعداد صفحه : 98

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --