Gemi yapılarının hidroelastik davranışlarının dövünme etkisi altında incelenmesi
On hydroelastic analysis of ship structures under the slamming effect
Yazar: İSMAİL BAŞARAN
Danışman: PROF. DR. ÖMER BELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Serbest yüzey = Free surface ; Sınır elemanlar yöntemi = Boundary element method

Özet:
Dalgalar arasında ilerleyen geminin maruz kaldığı en ciddi zorlamaya sebepdövünme olayı, zaman bölgesinde sayısal olarak modellenmiş ve gemi yapısınaetkiyen dövünme kuvvetleri elde edilmiştir. Elde edilen bu zorlayıcı kuvvetleringemi yapısına (örneğin gemi orta kesiti) etkisini incelemek için düzgün dalgalardayol alan geminin dövünme etkisi altında iki?boyutlu hidroelastik analizigerçekleştirilmiştir. Dövünme kuvveti hesap edilirken, serbest su yüzeyine çarpıpakışkan bölgesini deforme eden iki?boyutlu cismin etrafındaki akım Sınır ElemanlarıMetodu (S.E.M.) kullanılarak çözülmüştür. Akışkan sıkıştırılamaz ve irrotasyonelkabul edilip Potansiyel Akım kabulü yapılmıştır. Cisim ve serbest su yüzeyleri,üzerlerine dağıtılan kaynaklar ile ifade edilmektedirler.Hem dinamik hem de kinematik lineer olmayan serbest su yüzeyi koşullarısağlanarak her zaman adımında serbest su yüzeyindeki düğüm noktalarında normalhızlar, cisim üzerindeki düğüm noktalarında ise akım potansiyelleri hesapedilmektedir. Böylece serbest su yüzeyinin deformasyonu ve cisim üzerine etkiyenbasınçlar (Bernoulli denklemi vasıtası ile) hesap edilmektedir.Suya giren cisme etkiyen toplam dövünme kuvveti, elde edilen basınçların cisminıslak yüzeyi boyunca integre edilmesiyle bulunur. Geliştirilen program İTÜSEM, ilesabit hızla suya giriş, su yüzeyine serbest düşme ve tayin edilen değişken hız profiliile suya giriş durumları sayısal olarak modellenebilmektedir. Hem sayısal hemdeneysel çalışmalar ile karşılaştırmalar yapılmıştır. İTÜSEM ile hesap edilendövünme kuvvetlerine geminin verdiği hidroelastik cevaplar, Leibowitz (1963)'inmomentum denklemi ile hesap edilen dövünme kuvvetlerine verdiği hidroelastikcevaplar ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The most severe excitation for a ship structure travelling in a seaway is the slammingphenomenon which is numerically modelled in this study. The slamming excitationforces acting on the ship structure are calculated in time domain. Two-dimensionalhydroelastic responses of the ship structure travelling against regular waves arecalculated in order to analyse the effect of the slamming on hydroelastic responses.The Boundary Element Method (B.E.M.) is used to solve the flow around twodimensionalbody penetrating the free surface and deforming the fluid domain tocalculate the slamming force acting on the body. The flow is assumed to beincompressible and irrotational so that a flow potential satisfies the Laplace equationin fluid domain. At every time step, the normal velocities on free surface segmentsand the flow potentials on the body boundary segments are calculated by satisfyingboth dynamic and kinematic free surface boundary conditions. The profile of the freesurface and the pressure distribution (using Bernoulli equation) over the bodyboundary can then be obtained. Having obtained pressures on the body, theslamming forces at any time step is calculated by integrating pressures over thewetted segments on the body.The water entry with constant velocity, free fall on the water surface and water entrywith a velocity profile can be numerically simulated by developed software,ITUSEM. Comparisons are made with both numerical and experimental studies.Hydroelastic responses along the hull girder the slamming forces predicted byITUSEM are compared to those calculated against slamming forces predicted byLeibowitz's (1963) momentum equation.