Ανάλυση κυματισμού της ελεύθερης επιφάνειας σε κυλινδρικά και αξονοσυμμετρικά δοχεία πίεσης με πεπερασμένα στοιχεία

Abstract

Το φαινόμενο του κυματισμού της ελεύθερης επιφάνειας ρευστού μιας δεξαμενής παρουσιάζεται όταν η δεξαμενή υπόκειται σε εξωτερική διέγερση. Ο κυματισμός επηρεάζει τη γενική δυναμική συμπεριφορά του συστήματος δεξαμενής-ρευστού. Τα μήκη κύματος της ελεύθερης επιφάνειας αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες διακριτές τιμές της συχνότητας κίνησης, οι οποίες αποτελούν τις ιδιοτιμές (ιδιοσυχνότητες) του συστήματος, και οι ιδιομορφές του συστήματος περιγράφουν την μορφή της ελεύθερης επιφάνειας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η υπολογιστική επίλυση του φαινομένου του κυματισμού σε οριζόντια κυλινδρικά και σε αξονοσυμμετρικά δοχεία στη διάρκεια εξωτερικής διέγερσης για τυχαία πληρότητα του δοχείου. Η επίλυση γίνεται μέσω πηγαίου κώδικα (source code) πεπερασμένων στοιχείων. Μέσα από την χρήση του κώδικα προσδιορίζονται αρχικά οι ιδιοτιμές και οι ιδιομορφές του ταλαντωμένου ρευστού. Στην συνέχεια υπολογίστηκαν οι μάζες κυματισμού του ρευστού καθώς και οι ολικές δυνάμεις που ασκούνται στα τοιχώματα του δοχείο του δοχείου όταν σε αυτό επιβάλουμε εξωτερική σεισμική διέγερση. Για την πιστοποίηση του κώδικα έγινε εφαρμογή του σε τετραγωνική δεξαμενή και σε δεξαμενή όρθιου κυλίνδρου οι οποίες είναι απλές γεωμετρίες όπου υπάρχουν αναλυτικές λύσεις. Τα αριθμητικά αποτελέσματα σε κάθε περίπτωση είναι σε πολύ καλή συμφωνία σε σχέση με άλλες αριθμητικές και αναλυτικές λύσεις, όπου αυτές υπήρχαν.