هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

تقویت لوله های زیر دریا تحت بار انفجار با استفاده از GFRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران سازه های دریایی دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر
2 دانشیار دانشکده مهندسی دریا گروه مهندسی دریا -عمران دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر
چکیده
تحلیل رفتار لوله‌های فولادی زیر آب در معرض بارگذاری‌های انفجاری زیرآبی اهمیت زیادی دارد، چراکه این لوله‌ها نقش اساسی در زیرساخت‌های دریایی دارند. در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی عددی در نرم‌افزار آباکوس، تأثیر انفجارهای زیرآبی با سه جرم متفاوت TNT در فاصله 5 متری از لوله بررسی شد. نتایج شامل انرژی کرنشی و جنبشی به‌منظور تأیید اثر جرم TNT استخراج شد. در ادامه اثر تقویت لوله با استفاده از پیکربندی متفاوت GFRP بررسی شد و اثربخشی چهار پیکربندی تقویت لوله با ورق‌های GFRP ارزیابی شد. پیچش پیوسته GFRP مؤثرترین روش شناخته شد و حداکثر تغییر شکل موضعی لوله را بیش از 52 درصد کاهش داد. درحالی‌که حلقه‌های گسسته GFRP محافظتی نسبی ارائه کردند، تنش‌های موضعی در محل اتصال را در حدود بیست درصد محدود کرد. یافته‌ها نشان داد که انفجارهای زیرآبی به دلیل میرایی بیشتر در محیط آب، آسیب کمتری نسبت به انفجارهای هوایی به لوله وارد می‌کنند. این پژوهش، راهکارهایی کاربردی برای بهبود مقاومت خطوط لوله در برابر بارگذاری‌های انفجاری ارائه می‌دهد و می‌تواند در طراحی و تقویت لوله‌های زیرآبی استفاده شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Reinforcement of Underwater Steel Pipes Against Blast Loads Using GFRP

نویسندگان English

Mohammad Esmailzadeh 1
Mehdi Behdarvandi Askar 2
1 Graduated of Offshore Structures, Department of Offshore Structures, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Science and Technology
2 associate professor , Department of marine engineering-civil , faculty of marine engneering , khorramshahr university of marine and technology
چکیده English

Analyzing the behavior of underwater steel pipes under explosive loading is critical due to their essential role in marine infrastructure. This study investigates the effects of underwater explosions with three different TNT masses located 5 meters from the pipe using numerical simulations in ABAQUS. The results demonstrate that increasing TNT mass leads to higher kinetic energy and strain in the pipe. Furthermore, the effectiveness of four different reinforcement configurations using GFRP sheets was evaluated. Continuous GFRP wrapping proved to be the most effective, reducing the maximum local deformation of the pipe by over 52%. Although discrete GFRP rings offered partial protection, local stresses at the ring-pipe interfaces limited their overall effectiveness. Findings also indicate that underwater explosions inflict less damage on pipes compared to air explosions, owing to greater energy dissipation in the water environment. This research provides practical strategies to enhance pipeline resistance against explosive loads and can inform the design and reinforcement of underwater pipes.

کلیدواژه‌ها English

Steel pipes
Underwater explosions
GFRP
UNDEX
  1. Elchalakani M, Karrech A, Basarir H, Zhao XL, Fawzia S, Hassanein MF. Strengthening of mild steel struts using CFRP sheets subjected to uniform axial compression. Thin-Walled Structures. 2017 Jul 1;116:96-112.
  2. Bambach MR, Elchalakani M. Plastic mechanism analysis of steel SHS strengthened with CFRP under large axial deformation. Thin-walled structures. 2007 Feb 1;45(2):159-70.
  3. Elchalakani M, Fernando D. Plastic mechanism analysis of unstiffened steel I-section beams strengthened with CFRP under 3-point bending. Thin-walled structures. 2012 Apr 1;53:58-71.
  4. Xiong CN, Shao YB, Tong LW, Dai KS, Luo YX. Static strength of CFRP-strengthened preloaded circular concrete-filled steel tube stub columns, Part I: Experimental test. Thin-Walled Structures. 2023 Mar 1;184:110546.
  5. Alshamrani S, Rasheed HA, Salahat FH, Borwankar A, Divilbiss N. Seismic flexural behavior of CFRP strengthened reinforced concrete beams secured with fiber anchors. Engineering Structures. 2024 Apr 15;305:117728.
  6. Yu J, Xu W, Yu Y, Fu F, Wang H, Xu S, Wu S. CFRP strengthening and rehabilitation of inner corroded steel pipelines under external pressure. Journal of Marine Science and Engineering. 2022 Apr 26;10(5):589.
  7. Mokhtari M, Nia AA. The application of CFRP to strengthen buried steel pipelines against subsurface explosion. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2016 Aug 1;87:52-62.
  8. قادی صاحبی رامین، سلامت پور سیاوش. بررسی انفجار در زیر آب و اثر آن بر زیردریایی. ارائه‌شده در: پنجمین کنفرانس بین‌المللی پژوهش‌های کاربردی در علوم و مهندسی؛ 1399؛ تهران.
  9. نصیری حمید، اسدیان قهفرخی محمد، قدسی حسن‌آباد مجید و بهمن پور امین. بررسی پاسخ دینامیکی لوله انتقال زیر آب تحت اثر انفجار به روش آزمایشگاهی و عددی. آنالیز سازه- زلزله. 1401؛ 19(2).
  10. عباسی محمودرضا. مروری بر پدیده‌های فیزیکی حاصل از انفجار زیر آب. ارائه‌شده در: نهمین همایش ملی علوم و مهندسی دفاعی با محوریت فناوری‌های دانش‌بنیان دفاعی؛ 1401؛ تهران.
  11. شیاسی محمد، شانه‌ساززاده احمد. مطالعه انتشار موج فشاری ناشی از انفجار در زیر آب. ارائه‌شده در: هفتمین همایش بین‌المللی صنایع فراساحل؛ 1396؛ تهران.
  12. وهاب رجائی جلال، حسینی مراغه سید احمد، خامچین مقدم فرهاد. تحلیل انفجار زیرزمینی بر روی لوله فولادی خط انتقال آب به کمک نرم‌افزار آباکوس. ارائه‌شده در: هفتمین کنفرانس ملی فناوری‌های نوین در مهندسی عمران، معماری و شهرسازی؛ 1399؛ تهران.
  13. پاسبانی خیاوی مجید، نصراله زاده گوکه آمنه. بررسی روند انتشار موج ناشی از انفجار زیر آب با استفاده از مدل اجزای محدود. ارائه‌شده در: هجدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران؛ 1398؛ تهران.
  14. پوربهی محمدصادق، احمدی محمدتقی، امام‌زاده سید شهاب. تحلیل خطوط لوله مستغرق زیر دریا در معرض امواج دینامیکی ناشی از انفجار زیر آب. ارائه‌شده در: هفتمین همایش بین‌المللی سواحل، بنادر و سازه‌های دریایی؛ 1385؛ تهران.
  15. Montazeri E, Kazemi SM, Askariani SS. Finite element parametric study on the cyclic response of steel frames equipped with comb-teeth dampers. Structures. 2021 Jun 1; 31:111-126.
  16. Dereli O, Basu S, Ozbey M, Bhattacharyya R. Finite element analysis of piping system under blast load due to accidental explosion. In: Pressure Vessels and Piping Conference 2022 Jul 17 (Vol. 86168, p. V003T05A018). American Society of Mechanical Engineers.
  17. Emamzadeh SS. Nonlinear dynamic response of a fixed offshore platform subjected to underwater explosion at different distances. Journal of Marine Science and Application. 2022 Dec;21(4):168-76.
  18. George JM, Kimiaei M, Elchalakani M, Fawzia S. Experimental and numerical investigation of underwater composite repair with fibre reinforced polymers in corroded tubular offshore structural members under concentric and eccentric axial loads. Engineering Structures. 2021 Jan 15;227:111402.
  19. Hsu CY, Chiang CC, Luo GM, Chen YH, Chu FC. Analysis of Ship Structure with GFRP Lamination Design Subjected to Underwater Shock Loading. Advances in Science and Technology. 2024 Feb 5;136:23-9.
  20. Liu Z, Tobias Gudmestad O, Igland R. Numerical Simulation of a Subsea Pipeline Subjected to Underwater Explosion Loads With the Coupled Eulerian–Lagrangian Method. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 2022 Dec 1;144(6):061901.
  21. Kristoffersen M, Hauge KO, Børvik T. Blast loading of concrete pipes using C-4 charges. In:Proceedings 2018 Jun 8 (Vol. 60, No. 1). MDPI.
  22. Lam KY, Zong Z, Wang QX. Dynamic response of a laminated pipeline on the seabed subjected to underwater shock. Composites Part B: Engineering. 2003 Jan 1;34(1):59-66.
  23. Liang CC, Tai YS. Shock responses of a surface ship subjected to noncontact underwater explosions. Ocean Engineering. 2006 Apr 1;33(5-6):748-72.
  24. Liu WT, Ming FR, Zhang AM, Miao XH, Liu YL. Continuous simulation of the whole process of underwater explosion based on Eulerian finite element approach. Applied Ocean Research. 2018 Nov 1;80:125-35.
  25. Peng YX, Zhang AM, Ming FR. Numerical simulation of structural damage subjected to the near-field underwater explosion based on SPH and RKPM. Ocean Engineering. 2021 Feb 15;222:108576.
  26. Shahid MDA, Hashim MHM, Mustafa, WAW, Fadzil NM, Muda MF. Finite Element Analysis (FEA) of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Repair Performance for Subsea Oil and Gas Pipelines: The Recent Brief Review (2018–2022). Applied Research and Technology. 2023: 32(3):366-79.
  27. Davaripour F, Roy K, Maghoul P. Application of CFRP wrap for reinforcing undamaged thin-walled pipe bends under thermal expansion loads. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2022 Nov 1;13(4):04022040.
  28. Zeng Y, Xu L, Huang L, Yu M, Yu C, Chi Y. A refined finite element model for UHPC-filled FRP tube column. Composite Structures. 2023 Oct 15;322:117393.
  29. Qu Y, Wu J, Xu B, Li Q. Evaluating the shape and orientation effect of non-spherical charge on the pressure distribution of underwater explosion: Finite element analysis. Ocean Engineering. 2022 Dec 15;266:113209.
  30. Razic F, Miralem B. Underwater explosion effects of 60 mm HE mortar bomb on a cylindrical concrete structure-PIT. Defence Technology. 2019 Feb 1;15(1):65-71.
  31. Bethe HA, Kirkwood JG. The shock wave structure in a fluid. Physical Review. 2008;75(3):287-99.
  32. Jen CY. Coupled acoustic–structural response of optimized ring-stiffened hull for scaled down submerged vehicle subject to underwater explosion. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2009 Oct 1;52(2):96-110.
  33. Li L, Sun L, Wang T, Kang N, Cao W. Repeated low-velocity impact response and damage mechanism of glass fiber aluminium laminates. Aerospace Science and Technology. 2019 Jan 1;84:995-1010.

  • تاریخ دریافت 03 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 12 خرداد 1404