تحلیل لرزه ای مخازن ذخیره سیال مجهز به تیغه میراگر حلقوی با استفاده از روش المان مرزی

نویسندگان
ناصر خاجی
محمد حسین عرب
تقاطع بزرگراههای چمران و آل احمد - دانشگاه تربیت مدرّس
چکیده
چکیده- اهمیت مخازن ذخیره سیال در زندگی امروزه به اندازه سیالاتی است که در زندگی شهری مورد استفاده قرار می گیرند . مطالعات گوناگونی بر روی این سازههای تأثیرگذار انجام شده است که از جمله این مطالعات تأثیر سیستم های کنترل بر پاسخ لرزه ای مخزن است. از میان سیستمهای مزبور، تیغههای میراگر به عنوان یکی از ابزارهای کنترل غیرفعال با هدف کاهش تأثیر امو اج تلاطمی بر پاسخ مخازن ذخیره سیال مطرح است. در این پژوهش، تأثیر تیغه های میراگر حلقویشکل، که در ارتفاع معینی از کف مخازن زمینی استوانهای نصب شده است، بررسی می شود. با در نظر گرفتن معادله لاپلاس به عنوان رابطه حاکم بر رفتار سیال و با استفاده از روش المان مرزی، آنالیز مخزن صلب در قلمرو فرکانس و زمان انجام شده است. سپس تأثیر تیغه میراگر بر فرکانس مود طبیعی (در قلمرو فرکانس) و برش پایه و لنگر واژگونی (در قلمرو زمان) تحت زلزله های ارزینکان و ال سنترو بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل از آنالیزهای مزبور، ملاحظه میشود که با قراردادن تیغه شاهد کاهش فرکانس مود طبیعی خواهیم بود. همچنین، تأثیر تیغه بر پاسخ تحریک ناشی از دو شتاب نگاشت یادشده به صورت افزایش ناچیز برش پایه و کاهش چشمگیر لنگر واژگونی بوده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Seismic analysis of baffled liquid storage tanks using boundary element method

نویسندگان English

Naser Khaji
Mohammad Hossein Arab
Tarbiat Modares University
چکیده English

Nowadays, fluid storage tanks are as important as fluids in urban life. The dynamic behavior of this important structure is different from common structures. Baffles as a passive control device can reduce the effects of sloshing which reduces the structural response to seismic excitation. In this study, the effect of baffles on seismic response of cylindrical vertical liquid storage tanks is investigated. The considered baffle is an annular plate with constant level from the base and constant inner diameter fixed on wall of the tank. Considering Laplace equation as the governing equation of fluid domain, and using boundary element method, a rigid tank is analyzed in the frequency and time domains. Afterwards, the baffle effects on natural frequency (in the frequency domain), and on base shear and overturning moment (in the time domain) due to El Centro and Erzincan earthquakes are investigated. Based on the results of mentioned analyses, it is observed that when the baffle is installed, the natural frequency of liquid domain reduces. Moreover, by installing the baffle, the base shear slightly increases whereas overturning moment remarkably reduces.

کلیدواژه‌ها English

liquid storage tank
annular baffle
Boundary element method
sloshing
seismic analysis
[1]    Mikishev, G. and Dorozhkin, N., (1961), “An experimental investigation of free oscillation of a liquid in containers,” Mekhanika I mashinostroenie, 4, pp 48–83.
[1]    Biswal, K., Bhattacharyya, S. and Sinha, P., (2003), “Free-vibration analysis of liquid-filled tank with baffles,” Journal of Sound and Vibration, 259, pp 177–192.
[2]    Miles, J.W., (1958), “Ring damping of free surface oscillations in cylindrical tank,” Journal of Applied Mechanics, 25, pp 274–276.
[3]    Silveria, M.A., Stephens, D.G. and Leonard, H.W., (1961), “An experimental investigation of damping of liquid oscillations in cylindrical tanks with various baffles,” NASA Report TN–715.
[4]    Welt, F. and Modi, V.J., (1992), “Vibration damping through liquid sloshing, Part I: a nonlinear analysis,” Journal of Vibration and Acoustics, 114, pp 10–16.
[5]    Maleki, A. and Ziyaifar, M., (2008), “Sloshing damping in cylindrical liquid storage tank with baffles,” Journal of Sound and Vibration, 311, pp 372–385.
[6]    Gedikli, A. and Erguven, M.E., (1999), “Seismic analysis of liquid storage tank with baffle,” Journal of Sound and Vibration, 223, pp 141–155.
[7]    Cho, J.R., Lee, H.W. and Kim, K.W., (2002). “Free vibration analysis of baffled liquid-storage tanks by structural al-acoustic finite element formulation,” Journal of Sound and Vibration, 258, pp 847–866.
Cho, J.R. and Lee, H.W., (2004). “Numerical study on liquid sloshing in baffled tank by nonlinear finite element method,” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,
[1]    193, pp 2581–2598.
[2]    Cho, J.R., Lee, H.W. and Ha, S.Y., (2005), “Finite element analysis of resonant sloshing response in 2-D baffled tank,” Journal of Sound and Vibration, 288, pp 829–845.
[3]    Firouz-Abadi, R.D., Haddadpour, H., Noorian, M.A. and Ghasemi, M., (2008), “A 3D BEM model for liquid sloshing in baffled tanks,” International Journal for Numerical methods in Engineering, 76, pp 1419–1433.
[4]  عرب، م.ح.، (1389)." آنالیز لرزه­ای مخازن ذخیره سیال دارای تیغه­های میراگر با درنظرگرفتن اندرکنش سازه و سیال". پایان­نامه کارشناسی­ارشد مهندسی عمران، گرایش سازه­های هیدرولیکی، دانشگاه تربیت مدرس.
[5]    Francois, A. and Jose, A., (2007), “Modelling of mechanical systems fluid-structure Interaction,” Butterworth-Heinemann, Elsevier.
[6]    Brebbia, C. and Dominguez, J., (1992), “Boundary Elements: An Introductory Course,” WIT Press, Computational Mechanics Publications.
[7]    Veletsos, A., & Tang, Y. (1987). “Rocking response of liquid storage tanks,” ASCE Journal of Engineering Mechanics 113, 1774–1792.
[8]  رحیم زاده رفوئی، ف.، باقری کلجاهی، س.، (1382). بررسی رفتار دینامیکی مخازن روزمینی انعطاف­پذیر. چهارمین کنفرانس بین المللی زلزله­شناسی و مهندسی زلزله.
Shekari, M.R., Khaji, N., Ahmadi, M.T., (2010). On the seismic behavior of cylindrical base-isolated liquid storage tanks excited by long-period ground motions,” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 30, pp 968–980.
مهندسی عمران مدرس
دوره 12، شماره 2
خرداد و تیر 1391
صفحه 11-22