Tekne motoru şaft pervane sisteminde balanssızlık etkisi ile oluşan titreşimlerin sonlu elemanlar analizi
Finite element analysis of vibrations caused by unbalance effect in boat engine shaft propeller system
Yazar: ALİ OSMAN BAYIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEZCAN YILMAZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dönel makine elemanlarının dönme hareketini aktarmaları esnasında tüm kuvvetlerin sorunsuz iletilmesinin sağlanması dengeli bir sistemin varlığı ile gerçekleşecektir. Söz konusu denge durumunun ortadan kaybolması sonucu balanssızlık problemleri meydana gelecektir. Balanssızlık problemleri dönel makine elemanlarında titreşimlere sebep olmaktadır. Bu çalışmada, balanssızlık etkisi ile meydana gelebilecek arızaları tespit etmek amacıyla yapılan örnek bir deneyde ortaya çıkan veri setleri kullanılmış, kullanılan veri setleri ile öncelikle ölçüm alınan noktalarda zaman alanında ortaya çıkan titreşim genlikleri elde edilmiştir. Deneyin yapıldığı farklı devir hızlarında ortaya çıkan zaman alanındaki titreşimlerin modlarını belirlemek için titreşim sinyallerinin FFT dönüşümü yapılmıştır. Sonrasında, deneyi yapılan sistemin yalnızca dönel ekipmanları dikkate alınarak sistem modellenmiş ve sonlu elemanlar analizi ile yapının modal analizi gerçekleştirilmiştir. Diğer bir aşamada, modellenen sistemdeki şaftın ucuna bir pervane eklemesi yapılmış ve sistemin bu halinin küçük teknelerde harici olarak kullanılan bir elektrik motoru görevini üstlenebileceği varsayımı yapılarak sistemin su içerisinde çalışması esnasında aynı ölçüm noktalarında ortaya çıkabilecek titreşim modları incelenmiştir. Söz konusu inceleme farklı şaft boyutları ve pervanenin hasarlı olup olmaması gibi çeşitli konfigürasyonlar göz önüne alınarak yapılmıştır. Ele alınan motor şaft pervane sisteminin farklı devir hızlarında modal analizleri yapılarak ve pervaneye suyun da etki etmesiyle yapıda ortaya çıkan modlardan hangilerinin gerçek deney sisteminde daha tutarlı olduğu değerlendirilen ölçüm noktasında etkili olduğu incelenmiştir. Sonuç olarak deney sistemine pervane eklenmesi sonrası modal analiz testleri aracılığıyla ortaya çıkarılan doğal titreşim modları vasıtasıyla hasara uğratılan pervane ile çalışan sistemde ortaya çıkan balanssızlık etkilerinin sonuçları yorumlanmıştır.

Abstract:
Ensuring that all forces are transmitted smoothly while the rotating machine elements transfer the rotational motion will be achieved with the existence of a balanced system. As a result of the disappearance of this balance situation, unbalance problems will occur. Unbalance problems cause vibrations in rotating machine elements. In this study, the data sets obtained in a sample experiment were used to detect malfunctions that may occur due to unbalance effect, and with the data sets used, the vibration amplitudes that appeared in the time domain at the measured points were obtained. FFT transformation of vibration signals was performed to determine the modes of vibrations in the time domain that occurred at different rotation speeds where the experiment was performed. Afterwards, the system was modeled by considering only the rotational equipment of the tested system and the modal analysis of the structure was performed using finite element analysis. In the next stage, a propeller was added to the end of the shaft in the modeled system, and assuming that this version of the system could serve as an external electric motor in small boats, the vibration modes that could occur at the same measurement points during the system's operation in water were examined. The examination was carried out by taking into account various configurations such as different shaft sizes and whether the propeller was damaged or not. By performing modal analyzes of the motor shaft propeller system at different rotation speeds and with the effect of water on the propeller, it was examined which of the modes that emerged in the structure were effective at the measurement point, which was considered to be more consistent in the real experimental system. As a result, the results of the unbalance effects that occur in the damaged propeller-operated system through the natural vibration modes revealed through modal analysis tests after the addition of a propeller to the experimental system are interpreted.