Gemilerin dinamik davranışlarının tayini için üç boyutlu hidro-elastisite analizi
A three dimensional hydro-elastic analysis for investigation the dynamic characteristics of ships
Yazar: LEVENT KAYDIHAN
Danışman: PROF. DR. MESUT GÜNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Akışkan ile kısmen veya tamamen temasta olan elastik yapıların dinamik davranışlarının incelenmesi hidro-elastisitenin çalışma alanına girmektedir. Bu tezde hidro-elastisite teorisinin, gemi global titreşimlerinin hesabında nasıl uygulanacağı gösterilmiş ve bir dökme yük gemisi serisinin dinamik karakteristiklerinin (doğal titreşim frekansları, titreşim formları) ön dizayn aşamasında tayini için kullanılabilecek grafikler çizilmiş ve formülasyonlar çıkarılmıştır.Bu tezde, akışkan-yapı etkileşim kuvvetlerinin hesaplanması için iki farklı sayısal metot uygulanmıştır. Bunlar;?Sınır elemanlar metodu (İTÜ Gemi inşaatı ve deniz bilimleri fakültesinde geliştirilen)?Sonlu elemanlar metodu.İlk grup sayısal çalışmada, bir denizaltı gövdesinin ölçekli bir modeli olan silindirik bir kabuğun havada ve farklı su derinliklerindeki titreşim karakteristikleri incelenmiştir. Sınır elemanlar ve sonlu elemanlar metotları ile elde edilen sayısal değerler, yapılan deneysel ölçümler ile karşılaştırılmıştır. Sonuçların iyi bir uyum içerisinde oldukları gözlemlenerek kullanılan metotların uygulanabilirliği gösterilmiştir.Hidro-elastik titreşim analizlerinde kullanılan üç boyutlu sınır elemanlar ve sonlu elemanlar metotları, 1900 TEU kapasiteli bir konteyner gemisine uygulanmıştır. Hesaplama sonuçlarında her iki yöntemin sonuçları tartışılıp birbirleri ile uyum içinde olduğu görülmüştür. Böylece bu iki yöntemin, etrafındaki akışkan ortamı ile etkileşimli bir şekilde yüzen elastik yapıların dinamik karakteristiklerinin incelenebilmesi için kullanılabilirliği gösterilmiştir.Sonlu elemanlar ile hidro-elastik analiz yöntemi, bir dökme yük gemisi serisine uygulanmıştır. Gemilerin ıslak frekansları ile kuru frekanslarının farkları grafikler şeklinde sunulmuştur ve gemi elastik yapısının dinamik karakteristiklerinin etrafındaki akışkan alanın atalet etkisi ile önemli bir şekilde değiştiği gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar tartışılmış ve yöntemin belli kısıtlar altında uygulanabilirliği gösterilmiştir. Dökme yük gemilerinin dinamik karakteristiklerinin ön dizayn aşamasında tayini için kullanılabilecek grafikler çizilmiş ve formülasyonlar çıkarılmıştır.

Abstract:
Investigation of the dynamic characteristic of partly or fully submerged structures with the interaction with surrounding fluid is in the working field of the hydro-elasticity. In this thesis, the application of the hydro-elasticity theory on the ship global vibration calculations is shown and graphics and formulations for investigation the dynamic characteristics of a series of bulk carrier ships in the preliminary design stage are obtained.In this thesis, two different three dimensional hydro-elastic analysis methods for calculation the fluid-structure interaction forces are applied. These are;?Boundary integral method, ( Developed in the İTU Naval architecture and ocean engineering faculty)?Finite element method.In first group of numerical studies, vibration characteristics of a cylindrical shell which is a scaled model of submarine hull are investigated in air and in water with different draughts. Numerical values that are obtained by boundary integral and finite element methods are compared with those experimental measurements which are performed as part of this thesis. It is observed that results are compared well between them and applicability of these two methods is shown.These three dimensional boundary integral and finite element hydro-elastic analysis methods are applied to a 1900 TEU capacity container ship. Numerical results of the both methods are discussed and their compatibility is observed. Therefore, the applicability of these two methods for investigation the dynamic characteristics of the elastic floating structures with the interaction with surrounding fluid is shown.The hydro-elastic analysis method by finite element method is applied to a series of bulk carrier ships. Differences between the wetted and dry frequencies of ships are presented by graphics and it is shown that the dynamic characteristics of ship elastic structure are significantly altered by inertial effects of the surrounding fluid domain. Obtained results are discussed and the applicability of the method under certain constraints is shown. Graphics and formulations for investigation the dynamic characteristics of bulk carrier ships in the preliminary design stage are obtained.