SACS DAF Determination from Deterministic Wave Analysis


SACS DAF Determination from Deterministic Wave Analysis

K. Kurojjanawong

27-Mar-2015

Introduction

วันนี้ผมจะแนะนำการคำนวณหา DAF จาก Single Deterministic Wave ซึ่งไอ้ Deterministic Wave ก็คือคลื่นที่เราใช้ในการคำนวณ Inplace Analysis นั่นหล่ะ บางคนเค้าก็เรียก Deterministic Extreme Wave เพราะมันโดนเลือกมากจากค่าที่คาดว่าสูงที่สุดที่เกิดใน Random Wave ชุดนั้นๆ โดยปกติเรามักคิดกันง่ายๆ ด้วยการใช้ Single Degree of Freedom ในการคำนวณหาค่า DAF ด้วยการทำ Eigen Value Analysis แล้วเอา 1st mode natural period เข้ามาใส่ SDOF equation เลย แล้วก็ไปใส่บวกเข้าไปใน Static Wave Load เลย ซึ่งบ่อยครั้งมันก็ conservative เกินไปโดยเฉพาะกับคลื่นลูกใหญ่ๆ เมื่อเทียบกับ DAF จาก Random Wave

วันนี้ผมจะมาแนะนำการคำนวณ DAF จาก Single Deterministic Wave ซึ่งมันก็แค่ทำเลยไปจาก Eigen Value Analysis อีกแค่ขั้นเดียว การทำแบบนี้มันดียังไง

  • ถูกต้องกว่าเพราะมาจากการคำนวณ Dynamic Analysis ของคลื่นลูกที่พิจารณาจริงๆ
  • ได้การกระจาย Dynamic Inertia Load ที่ถูกต้องตามจริง
  • คิดผลของ Phase Lag ระหว่าง Static กับ Dynamic Load
  • สามารถจะลงไปดูได้ถึงของ Local DAF ในแต่ละ Element

Eigen Value Analysis

ผมคงไม่พูดถึงว่าจะรัน Eigen Value ยังไง ถือว่ารู้กันแล้ว ผมจะกระโดดมาที่ Dynamic Wave Response เลย โดยถือว่าเรามีผลของ Eigen Value Analysis ซึ่งคือ Modal Coordinate แล้ว ก็ Modal Mass แล้ว โดย 1st mode period คือ 2.539 sec

1

Dynamic Wave Response Analysis

โดยการจะรัน Wave Response เราต้องการ seainp กับ wvrinp ตามในรูปเลย ผมสมมติใช้คลื่น H = 5m, T = 8sec เคลื่อนที่ผ่าน 18 steps ใช้ Damping 2% ซึ่งถ้าคำนวณตาม SDOF จะได้ DAF = 1.112

ใน Wave Response Input file ผมสั่งในมัน extract Inertia load ออกมาที่ตำแหน่ง Maximum Base Shear ด้วย ตามรูปข้างล่าง

2

3

Analysis Set-up

ใน Analysis set-up ผมเลือก Dynamic Extreme Wave Analysis แล้วก็เลือก input file ตามข้างล่างเลย ผมเข้าใจว่าถ้าไปเลือก General Wave Response ผลมันก็เหมือนกันถ้า input กับ option ที่เราใช้มันถูก งั้นไม่ต้องไปสนใจ option ใน analysis set-up มากนัก จะเห็นว่ามันจะมี output ที่สำคัญออกมา 2 ตัว คือ wvrlst กับ wvroci ซึ่งเดี๋ยวจะอธิบายว่ามันให้อะไรออกมา

4

Result Interpretation

จะเห็นได้ว่าใน wvrlst มันคำนวณ Dynamic BS มาให้ทุก step ที่คลื่นเคลื่อนทีผ่านเลย ซึ่งเราสามารถคำนวณ DAF ได้ทุก Step ถ้าเรา พิจารณาที่ Maximum BS จะเห็นว่ามันเกิดที่ phase 80deg แถมไปคนละทิศกับคลื่นด้วย เพราะคลื่นทิศ 0 องศา ทั้งที่ Static BS มันไม่ Maximum

ที่จุดนี้เราจะได้ DAF = 715.09 / 488.6 = 1.464 เทียบกับ SDOF DAF ที่คำนวณได้ 1.112 ถ้าเราใช้ SDOF DAF คูณ Static BS ที่ตำแหน่งนี้ จะได้ 1.112 * 488.6 = 543.3.kN น้อยกว่า 715.09kN งั้น underestimate นะครับ

ถ้าผมพิจารณาที่ตำแหน่ง Maximum Static BS แทน แบบที่ทำๆ กันทั่วไป จะได้ว่ามัน maximum ที่ phase 300deg โดยมี Dynamic BS เท่ากับ 436.06kN Static BS เท่ากับ 571.03kN ซึ่ง DAF = 436.06 / 571.03 = 0.764 น้อยกว่า หนึ่งอีก ถ้าเราเอา SDOF DAF คูณ Static BS ที่ตำแหน่งนี้ จะได้ 1.112 * 571.03= 635.kN แสดงว่าเรา conservative ที่ตำแหน่งนี้ แต่ถ้าดูให้ดี มันน้อยกว่า Maximum Dynamic BS ที่เกิดที่ phase 80deg อีก

5

เราสามารถที่จะสั่งให้ SACS มัน generate equivalent static load ที่ตำแหน่งต่างๆ ที่เราต้องการออกมาได้ ในกรณีนี้ผมสั่งใหมันสร้างที่ตำแหน่ง Maximum Dynamic BS ซึ่งคือ phase 80deg แต่ผมสั่งให้เอาออกมาแต่ ‘Inertia Load’ ซึ่งก็คือ Dynamic BS ลบออกด้วย Static BS ที่ตำแหน่งนั้น ซึ่งเท่ากับ 715.09-488.60 = 226.5kN แต่มันรีพอทใน wvrlst ว่า 222kN ซึ่งก็ใกล้เคียง

แต่ทำไมไม่เท่า นี่ผมก็ไม่เข้าใจเหมือนกันนะ จะเห็นช่อง Hydrodynamic load มันเป็น ศูนย์ ซึ่งก็คือ static load ที่เราไม่สั่งให้มันเอาออกมา งั้นเราสามารถใช้ load ที่อยู่ wvroci มาใช้บวกกับ static wave load ได้เลยทันที แต่ต้องดูทิศด้วยแล้วกัน จะเห็นว่า inertia load ที่มันสร้างออกมาขึ้นไปถึง topside เลย เพราะมันกระจายตาม mass ของโครงสร้าง ในขณะที่วิธีที่ทุกคนชอบใช้โดยการเอาไปคูณที่ wave load มันได้ inertia อยู่เฉพาะอยู่ใต้น้ำ ทั้งที่ inertia load ส่วนที่อยู่เหนือน้ำมันก็มี ซึ่งถ้า topside mass หนัก ๆ วิธีนั้น อาจจะ underestimate moment จาก inertia load ที่ deck leg ได้เลย ดูรูปข้างล่างที่ผมวาดให้ดูคร่าวๆ ในงานเก่าที่ผมเคยทำมางานหนึ่ง จะเห็นว่า COG ของ Inertia มันสูงมาก ไม่ได้อยู่ใต้น้ำอย่างที่ทำกันในรูปทางซ้ายมือ

0

อย่างไรก็ดีจะเห็นว่า load ใน wvroci ออกมาเท่ากับ 206.5kN แทนที่จะได้ 222kN เรื่องนี้ผมเคยถาม Bentley ไปแล้ว มันเงียบไปเลย เดี๋ยวว่าจะถามใหม่ งั้นตอนใช้ให้คูณมันขึ้นไปให้เท่ากับ wvrlst ก่อนด้วย

6

ถ้าผมเปลี่ยน Equivalent static load ใน wvrinp จาก EI เป็น ES ให้มันเอา static load ออกมาด้วย งั้นมันควรจะได้ total load ออกมาเท่ากับ 715.09kN เลย แต่จะเห็นว่ามันรีพอทออกมาเท่ากับ 222+494.5 = 716.5kN ซึ่งก็ใกล้เคียง แต่ใน wvroci มันออกมา 683.5kN ซึ่งก็เป็นปัญหาเดียวกันกับข้างบน อันนี้ก็ไม่รู้เพราะอะไร งั้นก่อนใช้คูณขึ้นไปให้มันเท่ากับ wvrlst ก่อนด้วย

7

Conclusion

จะเห็นว่า DAF ที่ได้จาก SDOF มันก็ไม่ได้ conservative เสมอไป แล้วก็ไม่รู้ว่าเมื่อไรมันจะ conservative ด้วย เพราะมันขึ้นกับ platform configuration ด้วย แล้ว DAF มันก็ไม่ได้มีค่าคงที่ แต่ละจังหวะที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมันก็มี DAF ของมันเอง อย่างไรก็ดีการที่จะใช้ DAF จาก Deterministic Wave ดูจะไม่ค่อยแฟร์เท่าไร เพราะว่าคลื่นในทะเลจริงๆ ไม่ได้เป็น Regular Wave ที่มารูปแบบเดียวเสมอไป แต่มันเป็น Nonlinear Irregular Wave หรือที่เรียกกันว่า Random Wave ซึ่งมี Deterministic Wave ซึ่งเป็น Extreme Wave ลูกหนึ่งที่เราเอามาใช้ออกแบบโครงสร้าง แต่ไม่ควรที่จะเอามันมาคำนวณหา DAF

วิธีนี้ที่ควรนำมาใช้ที่สุดคือ Equivalent Static Load Extraction ที่ได้ Load Pattern ที่ดีกว่าการกระจาย Inertia ลงไปที่ Wave Load เพียงอย่างเดียว (จริงๆ มีวิธีที่ดีกว่า อย่าง α – β method ที่เสนอโดย บริษัท shell) ส่วน DAF ที่ควรใช้ ควรจะหามาจาก Random Wave ที่ไว้วันหลังจะมาทำให้ดู

1

2

3

Benefit

ประโยชน์อีกอย่างของวิธีนี้คือ เราจะเห็น Dynamic Effect บนแต่ละ Element จริงๆเลยด้วย ซึ่งสามารถจะคำนวณ local DAF ของแต่ละ element ได้ทันที แทนที่จะใช้ Global DAF ที่อาจจะ conservative เกินไปสำหรับ Local Element

9

10

Advertisements

2 thoughts on “SACS DAF Determination from Deterministic Wave Analysis

  1. ไม่แน่ใจว่าพี่ไปถาม Bentley อีกรอบรึยัง ผมไปถามมาแล้วเค้าตอบกลับมาว่าอย่างงี้ครับ

    The difference between Dynamic analysis results and equivalent static load is 0.5%. This different could come from some internal rounding values. Again, this is the same case for forces in OCI file and equivalent static loads in output listing.

    If you run Basic Static analysis using wvroci file, you will get the same joint reaction and equivalent static load generated. Please see the attached for Basic Static analysis result using the wvroci file as an input. So you will see that that equivalent static load result is correct.

    Like

    • ขอบคุณครับ
      เมื่อก่อนมันเพี้ยนมากกว่านี้ครับ ประมาณ 5% ผมเคยถามไปแล้วเค้าไม่ตอบ น่าจะเป็นเพราะบั๊ก
      ไอ้ 0.5% นี่คงแก้มาแล้ว อันนี้ยอมรับได้

      Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s