Velocity and Compliance Effect on Sea-Ice Strength Coefficient (CR)

Velocity and Compliance Effect on Sea-Ice Strength Coefficient (CR) K.Kurojjanawong 8-May-2024 ในศาสตร์ด้าน Arctic Offshore Engineering นั้นมีศาสตร์ย่อยลงไปที่สำคัญมากคือ Dynamic Ice Analysis หรือบางครั้งเรียกว่า Ice Induced Vibration ชื่อย่อคือ IIV ซึ่งเป็นการศึกษาถึงผลทางพลศาสตร์จากแรงกระทำของธารน้ำแข็ง (Ice Floe) ที่มีต่อโครงสร้าง ถือเป็นศาสตร์ที่ใหม่มากๆ และมีทฤษฏีใหม่ๆ เสนอล้มล้างแนวความคิดใหม่ๆ ตลอดเวลา โดยเฉพาะแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ที่มีหลากหลายมาก ตั้งแต่แบบโบราณ เช่น Ice Teeth Model ซึ่งปัจจุบันก็ยังมีการพัฒนาต่อยอดอยู่ มาถึง Contact Area Variation Model ซึ่งไว้จะเล่าลงในรายละเอียดว่าแตกต่างกันยังไง อย่างไรก็แต่ละแบบจำลองล้วนยังถูกตั้งคำถามและยังไม่ได้รับการยอมรับในวงกว้างเลยทีเดียว ยิ่งไปกว่านั้นในศาสตร์ด้านนี้นั้นยังไม่มีอะไรนิ่งเลย และสิ่งหนึ่งที่ได้รับการถกเถียงกันมากคือ Ice Strength Coefficient (CR) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญมากในการที่จะทำนายแรงกระทำจากธารน้ำแข็ง…

Regimes of Ice Induced Vibration (IIV)

Regimes of Ice Induced Vibration (IIV) K.Kurojjanawong 21-Jan-2023 ในศาสตร์ด้าน Arctic Offshore Engineering นั้นมีศาสตร์ย่อยลงไปที่สำคัญมากคือ Dynamic Ice Analysis หรือบางครั้งเรียกว่า Ice Induced Vibration ชื่อย่อคือ IIV ซึ่งเป็นการศึกษาถึงผลทางพลศาสตร์จากแรงกระทำของธารน้ำแข็ง (Ice Floe) ที่มีต่อโครงสร้าง ถือเป็นศาสตร์ที่ใหม่มากๆ ยังมีการศึกษากันน้อยมาก ถึงแม้จะมีการเริ่มศึกษากันมาหลายสิบปีแล้ว แต่เนื่องจาก เรายังไม่มีการลงทุนบุกไปตั้งโครงสร้างอยู่ในเขตที่เป็นโซนน้ำแข็งกันมากนัก จึงทำให้ศาสตร์ด้านนี้พัฒนาค่อนข้างช้าในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แต่เริ่มมีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดในช่วงสิบปีหลังนี้เนื่องจากราคาพลังงานที่เพิ่มสูงขึ้น จึงเริ่มมีการบุกเบิกโซนน้ำแข็งกันมากขึ้นไม่ว่าจะเป็นการตั้งโครงสร้างเพื่อขุดเจาะน้ำมันและก๊าซ หรือการตั้งกังหังลมกลางทะเล ในศาสตร์ด้าน IIV นั้นพารามิเตอร์ที่มีความสำคัญมากๆ ต่อแรงกระทำจากน้ำแข็งคือ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของมัน (Ice Drift Velocity) น้ำแข็งนั้นเป็นวัสดุที่ค่อนข้างแปลก คือมีความเหนียว (Ductile) ถ้ามันเคลื่อนที่มาชนโครงสร้างอย่างช้าๆ แต่จะเปราะ (Brittle) ถ้ามันเคลื่อนที่มาชนโครงสร้างด้วยความเร็วสูงๆ ดังนั้นแรงกระทำต่อโครงสร้างนั้นจะสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับความเร็วของธารน้ำแข็งที่วิ่งเข้ามา ถ้าวิ่งมาช้าแรงกระทำก็จะสูงแต่ผลทางพลศาสตร์ต่ำ ถ้าวิ่งมาเร็วมากแรงกระทำจะต่ำผลทางพลศาสตร์ก็จะต่ำ แต่ถ้าวิ่งมาความเร็วปานกลางพอดีๆ กับความเร็วการเคลื่อนที่ของโครงสร้าง…

Level Ice and Ice Ridge

Level Ice and Ice Ridge K.Kurojjanawong 15-Jan-2023 ในศาสตร์ด้าน Arctic Engineering มีธารน้ำแข็งสองชนิดใหญ่ๆ ที่วิศวกรโครงสร้างให้ความสนใจ คือ Level Ice และ Ice Ridge ซึ่งเป็นการแยกธารน้ำแข็งจากรูปร่างหน้าตาของมัน ซึ่งจริงแล้วยังมีการแยกชนิดน้ำแข็งได้อีกหลายรูปแบบ เช่นลักษณะการเกิดและจำนวนปีในการแข็งตัว (First Year Ice, Second Year Ice หรือ Multi-Year Ice) Level Ice คือน้ำแข็งที่มีความหนาค่อนข้างสม่ำเสมอมีลักษณะเป็นแผ่นๆ มีทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ Level Ice ที่เป็นแผ่นติดกับชายฝั่งก็มีชื่อเรียกเฉพาะอีกคือ Land Fast Ice Ice Ridge คือ Level Ice ที่ถูกลมและกระแสน้ำพัดมากองรวมกันจนจับตัวเป็นก้อนใหญ่ๆ มีทั้งส่วนเหนือน้ำที่เรียกว่า Sail มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเพราะอยู่เหนือน้ำ ซึ่งจะเป็นเพียง 10% ของความใหญ่โตของมัน เพราะมีอีก 90% ที่จมอยู่ใต้น้ำ…

Sea Spray Ice

Sea Spray Ice K. Kurojjanawong 8-Jan-2023 Sea Spray ice บางครั้งก็เรียก Ice Accretion​ คือเป็นน้ำแข็งที่เกิดจากละอองน้ำทะเลที่มากับลม​ หรือ​ มากับคลื่นทะเล​ ลอยมากระทบโครงสร้าง​แล้วจับตัวแข็งติดพื้นผิว​ พบได้บ่อยในพื้นที่อุณหภูมิ​ต่ำมากๆ​ โดยอาจจะหนาได้ตั้งแต่ไม่กี่​ ซม​ ไปจนถึง 20-30 ซม​ ได้​ ถ้าไปเกาะร่วมกับ​ marine growth อาจจะหนารวมกัยได้เกินครึ่งเมตร​ และอาจจะเกิดได้ตั้งแต่บริเวณ​ต่ำกว่าผิวน้ำลงไปหน่อยไปจนถึงสูงกว่าผิวน้ำ​ 10-20 เมตร ความสำคัญของมันก็ไม่มีอะไรมาก นอกจากเพิ่มน้ำหนักให้กับโครงสร้างเนื่องจากเกาะติดและก็ไม่ใช่เบาๆ โดยปกติหนักประมาณ 900 kg/m3 และที่สำคัญมากๆ คือมันเพิ่มพื้นที่รับแรง เนื่องจากทำให้โครงสร้างหนาขึ้น จึงรับทั้งแรงลม คลื่นและกระแสน้ำ และยิ่งกว่านั้นคืออาจจะเปลี่ยนพฤติกรรมพลศาสตร์ของโครงสร้างได้จากการที่มวลเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ดีในพื้นที่ คลื่นสูงมาก เช่น ทะเลเหนือ ผลของ Spray ice ต่อโครงสร้างนั้นค่อนข้างต่ำ เนื่องจากโอกาสที่จะเกิด Spray Ice เต็มความหนา กับโอกาสที่จะเกิดคลื่นใหญ่หรือลมที่คาบการกลับสูงนั้นมีไม่มี หรือ…

Limit Condition of Ice Loading

Limit Condition of Ice Loading K.Kurojjanawong 8-Jan-2023 โครงสร้างที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มี ธารน้ำแข็ง นั้น ที่ควรพึงระวังคือจุดศูนย์ถ่วงของแรงจากน้ำแข็งนั้นมันอยู่บริเวณแถวผิวน้ำ มันจึงมีผลมากต่อโครงสร้างส่วนล่างรวมไปถึงฐานราก แรงกระทำจากน้ำแข็งจะสูงหรือไม่นั้นอยู่ที่หลายปัจจัยมาก ทั้งความแข็งแกร่งของตัวน้ำแข็งเอง ความหนาของแผ่นน้ำแข็ง สัดส่วนความหนาแผ่นน้ำแข็งต่อความกว้างโครงสร้าง พฤติกรรมพลศาสตร์ของโครงสร้าง และส่วนสุดท้ายที่สำคัญมากๆ คือ พื้นที่รับแรงจากน้ำแข็ง ซึ่งก็คือ ชิ้นส่วนโครงสร้างที่อยู่ใกล้บริเวณผิวน้ำที่น้ำแข็งจะวิ่งเข้ามาชน พื้นที่ที่น้ำแข็งไม่แข็งมากและไม่หนามาก เช่นใน Baltic Sea หรือ Bohai Sea จึงอาจจะใช้โครงสร้างแบบ Jacket ที่เป็น Space Frame Structure พอได้ โดยใช้การ เปิดรูโครงสร้างบริเวณผิวน้ำเพื่อให้พื้นที่รับแรงจากน้ำแข็งน้อยที่สุด แต่ในพื้นที่ที่น้ำแข็งนั้นแข็งมากและหนามาก เช่น Beaufort Sea นั้นโครงสร้างแบบ Space Frame Structure ถึงแม้จะเปิดรูช่วยก็ไม่สามารถต้านทานแรงจากธารน้ำแข็งได้ จึงจะเป็น Gravity Base Structure กันในบริเวณนี้ ซึ่งจะเป็นโครงสร้างแบบกล่องปิดขนาดใหญ่ แล้วทำคอขวดและลาดเอียงบริเวณใกล้ผิวน้ำเพื่อทำลายความแข็งแกร่งของน้ำแข็ง เนื่องจากน้ำแข็งนั้นรับแรงกดได้ดี…

How important of sea ice loading

How important of sea ice loading K.Kurojjanawong 6-Jan-2023 ทุกคนคงทราบแล้วว่าผมปิดเพจและบล๊อกไปประมาณ 3 เดือน และเพิ่งเปิดกลับมาได้ประมาณ 1 อาทิตย์ ซึ่งก็ที่ได้เล่าไปว่างานยุ่งมาก และนอกจากจะงานเยอะแล้วยังเป็นงานที่ไม่เคยทำและมีเวลาสั้นมากประมาณแค่ 2-3 เดือนก่อนจะสั่งของ เรียกได้ว่าเปิดงานมายังทันได้ทำอะไรก็ต้องสั่งของทันทีซึ่งมันพลาดไม่ได้เพราะสั่งของไปแล้วมันแก้ไม่ได้ ชีวิตจึงวุ่นวายมากในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา โดยงานนี้เป็นแท่นผลิตไฟฟ้าที่อยู่ในทะเล Baltic ตอนใต้ ซึ่งเป็นโซนน้ำแข็ง จะมีเดือนที่อุณหภูมิลดลงต่ำมากจนน้ำทะเลแข็งตัว และ บางครั้งก็ไหลมาตามกระแสน้ำกลายเป็นก้อนยักษ์ๆ พุ่งเข้าชนโครงสร้าง ซึ่งถือเป็นประสบการณ์งานแรกของผมสำหรับโครงสร้างที่ตั้งอยู่ในโซนที่มีธารน้ำแข็งแบบนี้ แถมทำคนเดียวไม่รู้จะถามใครอีก ก็ต้องเรียกว่า กะบวกกับเดากันเลยเพราะเวลาสั้นมาก และต้องสั่งของแล้ว ตอนนี้ก็เริ่มได้มีการให้ผู้เชี่ยวชาญด้านน้ำแข็งจาก TU Delft มาเป็นที่ปรึกษาให้ แต่ก็ต้องบอกว่ามาช้าไปหน่อยเพราะมันติดวันหยุดปลายปี ผมก็เดาจากประสบการณ์ให้เค้าสั่งของไปหมดแล้ว ทีเหลือค่อยมาตามแก้กันทีหลัง ทำไมแรงกระทำจากน้ำแข็งถึงสำคัญ? ตอนแรกผมก็ไม่เข้าใจ ผมก็ไม่คิดว่ามันจะสำคัญมาก เพราะก็เจอมาเหมือนกัน แต่เป็นพวก Spray Ice ที่จะเจออยู่ทุกที่ในทะเลเหนือที่อุณหภูมิต่ำมาก จะเป็นน้ำแข็งแบบบางๆ สาดมากับน้ำทะเลพอโดนโครงสร้างแล้วก็จับตัวแข็งติดผิวโครงสร้าง ซึ่งมันไม่ได้สำคัญอะไร แค่เพิ่มน้ำหนักและพื้นที่รับแรงจากคลื่นและลมเท่านั้น แต่กรณีนี้มันไปตั้งอยู่ในบริเวณที่มี Sea Ice…

Special Consideration for Arctic Structural Materials

Special Consideration for Arctic Structural Materials K.Kurojjanawong 19-Aug-2022 โครงสร้างเหล็กที่ตั้งอยู่ในโซนน้ำแข็งหรือ Arctic ที่มีแรงกระทำจากน้ำแข็ง และอุณหภูมิที่ต่ำมากนั้น ข้อกำหนดทุกอย่างเหมือนโครงสร้างที่ตั้งอยู่ในโซนปกติทั้งหมด ซึ่งโดยปกติโครงสร้างในทะเลไม่ว่าจะตั้งอยู่ที่ไหน ก็จะมีข้อกำหนดที่แตกต่างจากโครงสร้างบนบกทั่วไป คือ เรื่อง Toughness เหล็กที่จะนำมาใช้สำหรับโครงสร้างในทะเลได้จะต้องมีความเหนียว ไม่เปราะ เนื่องจากโครงสร้างจะต้องรับ Cyclic Loading ตลอดเวลา ซึ่งจะเป็นข้อกำหนดเดียวกันกับโครงสร้างเหล็กที่รับแรงแผ่นดินไหวด้วย เรื่อง Toughness สำหรับเหล็ก จะวัดด้วยการทดสอบ Charpy Impact Test โดยข้อกำหนดจะเป็นพลังงานที่เหล็กสามารถรับได้ แต่อีกเรื่องหนึ่งที่สำคัญมากคือ อุณหภูมิ เหล็กที่อยู่ในพื้นที่เย็นมากๆ จะเปราะกว่าเหล็กที่อยู่ในพื้นที่ร้อน ดังแสดงในรู จะเห็นว่า Charpy Toughness นั้นจะแปลผันกับอุณหภูมิ ดังนั้นในข้อกำหนดการเลือกวัสดุมาใช้สำหรับก่อสร้างโครงสร้างในทะเล จึงจะมีเรื่องอุณหภูมิเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ซึ่งจะกำหนดด้วย LAST LAST ย่อมาจาก Lowest Anticipated Service Temperature ซึ่งคืออุณหภูมิต่ำสุดที่โครงสร้างเหล็กจะต้องเผชิญ โดยปกติมักจะไม่มีข้อกำหนดแน่นอนว่าจะกำหนดอย่างไร แต่ในบางมาตรฐาน…

Molikpaq Platform in Moving Ice, Beaufort Sea

Molikpaq Platform in Moving Ice, Beaufort Sea K. Kurojjanawong, 14-Aug-2022 Molikpaq Platform กลางธารน้ำแข็งใน Beaufort Sea แผ่นน้ำแข็งบริเวณนี้หนาประมาณ 2 เมตร มี Crushing Strength ประมาณ 5 MPa (ถึงไม่แข็งเหมือนวัสดุอื่น แต่ก่อนจะถึงจุดแตกหักสามารถทำให้เกิดแรงกระทำได้สูงมาก) เคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างสมมติกว้าง 90 เมตร เท่ากับมีพื้นที่รับแรง 180 ตร ม ( = 2*90) การที่น้ำแข็งเปิดรูดังที่เห็นในภาพโดยที่โครงสร้างยังอยู่ที่เดิมได้ มันจะต้องโดนกดจนแตก ดังนั้นคำนวณแบบง่ายๆ โดยใช้ Ice Crushing Strength ให้เห็นภาพ คือ จะต้องเกิดแรงด้านข้างบริเวณผิวน้ำกระทำต่อโครงสร้างประมาณ 5 MPa * 180 m2 = 900 MN หรือ…