Akışkan-yapı etkileşimi problemlerinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of fluid-structure interaction problems
Yazar: ADA YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA DEMİRCİ ; DOÇ. DR. SELAHATTİN KOCAMAN
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Akışkan-Yapı Etkileşimi (FSI) birçok mühendislik uygulamasında karşılaşılan yaygın bir
mühendislik problemidir. Bünyelerinde barındırdıkları non-lineerite ve çoklu fizik olgusu
nedeniyle, bu alandaki deneysel ve sayısal çalışmalar problemin ana karakteristiklerinin
belirlenmesinde büyük öneme sahiptir.
Bu tez çalışmasında, serbest yüzeyli akışkanların elastik katı cisim ile etkileşimini içeren bir
Akışkan-Yapı Etkileşimi (FSI) problemi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal metot
olarak akışkanların Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), katı cisimlerin ise Finite Element
Method (FEM) kullanılarak modellendiği hibrit SPH-FEM metodu kullanılmıştır. İlk olarak
SPH metodunun serbest yüzeyli akımları modelleyebilme etkinliğinin belirlenmesi amacı ile
klasik bir baraj yıkılması deneyi gerçekleştirilmiştir. Akabinde SPH metodu FEM ile
birleştirilmiş ve bir FSI probleminin incelemesinde kullanılmıştır. SPH-FEM metodunun
etkinliği çeşitli noktalardaki zamana bağlı noktasal su derinlikleri ve katı cisim deplasman
değerleri kullanılarak araştırılmıştır. Katı cisim deplasman değerleri görüntü işleme tekniği
kullanılarak elde edilirken zamana bağlı noktasal su seviyesi değişimleri görüntü işleme
tekniğinin yanı sıra ultrasonik sensörler kullanılarak elde edilmiştir.
Deneysel veriler ile sayısal sonuçlar karşılaştırıldığında, sayısal analiz sonuçlarının deneysel
veriler ile genel olarak makul bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
Fluid-Structure Interaction (FSI) is a common engineering problem faced in many engineering
application. Because of the nature of the phenomenon including nonlinearity and multi-physics,
experimental and numerical studies in this field have great importance to determine the main
characteristics of the problem.
In this thesis study, a Fluid-Structure Interaction (FSI) problem including the interaction of freesurface
flows with the elastic solid body was investigated experimentally and numerically. As
the numerical model, the coupled Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)-Finite Element
Method (FEM), where the fluid flow was modeled using SPH and the solid body was modeled
using FEM, was used. At first, in order to determine the efficiency of SPH in modeling of free
surface flows, an experiment of a classic dam-break problem was carried out. Following that,
the SPH method was coupled with FEM and used to investigate a FSI problem. The efficiency
of SPH-FEM method was investigated using time evolution of water level and deformation of
the solid body at various points. While deformation of the solid body was obtained using image
processing technique, the time evolution of water level was obtained using image processing
technique and also ultrasonic distance sensor.
When the experimental data are compared with the numerical results, it was seen that numerical
results are generally in reasonable agreement with the experimental data.