Kavram dizayn aşamasında yat yapım malzemesinin stabilite ve mukavemet üzerindeki etkilerinin incelenmesi
The examination of construction materials' impact on stability and strength during concept design phase of yachts
Yazar: ERDİNÇ AÇIKEL
Danışman: PROF. DR. AHMET DURSUN ALKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Çelik; mukavemeti, kaynak teknolojsinde erişilen bilgi birikimi ve erişim kolaylığı parametreleri nedeniyle 1990'lı yıllara kadar en popüler gemi inşaatı malzemesi olmuştur. Metalurji teknolojisi alanındaki gelişmelere bağlı olarak çalışmalar üretimde kullanılacak alternatif malzeme arayışına kaymıştır. Alüminyum, düşük yoğunluğuna bağlı olarak ağırlık ve kolay form verebilme avantajları nedeniyle endüstriyel alanda dikkatleri üzerine çekmiştir. Gemi inşaatında da, adaptasyon çalışmaları tamamlandıktan sonra, kısa sürede içerisinde kısmi veya tüm gemi konstrüksiyonunda kullanılmaya başlanmıştır. Alüminyumun tek başına kullanımı haricinde, teknelerin kullanım amaçlarına bağlı olarak alüminyum ve çeliğin birlikte kullanılabilme gerekliliği doğmuştur.  Yat inşaatında alüminyumun en çok tercih edildiği bölüm üstyapılardır. Böylece mali dezavantajlar minimize edilebilmekte; stabilite, mukavemet ve denizcilik kabiliyeti parametreleri de optimize edilebilmektedir. Her ne kadar klas kuruluşları boyutlandırma formüllerini alüminyuma göre uyarlamaya başladılarsa da bu henüz sınırlı sayıdadır.  Bu araştırmada; teklif ve kavram dizayn aşamasında gemi mühendisine dizayn çevriminde yapmak zorunda olduğu iterasyon sayısını azaltıcı rehberlikler geliştirilmesi amaçlanmıştır. Araştırmada motor yatlar için stabilite ve mukavemet modelleri geliştirilmiştir. Tekne ana dizayn değişkenleri cinsinden ifade edilebilen stabilite karakteristiği hakkında sağlam bir öngörüde bulunulmuştur. Çalışmanın mukavemet kısmında, temel mukavemet prensiplerinden yola çıkarak üstyapı boyutlarının optimize edilerek kullanılacak malzemenin seçimine rehberlik edilmesi amaçlanmıştır. Stabilite çalışmalarında yük gemileri için Prohaska'nın yaptığı çalışmalardan yararlanarak 20-60 m. tam boy aralığındaki güncel motor yat formlarına uyarlanarak tekne dizayn değişkenlerini kullanan pratik olarak statik stabiliteyi değerlendirebilen bir rehber gerçekleştirilmiştir. Mukavemet kısmında da Navier'in denklemleri incelenmiş olup, özellikle yatlar için gerekli geliştirmeler ve sadeleştirmeler yapılmıştır. Ortaya konulan yöntemlerin doğruluğunun ispatı için hali hazırda serviste bulunan tekneler modellenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Ayrıca değerlendirme bölümünde uzman görüşlerine başvurularak elde edilen ağırlıklı değerlendirme katsayıları metodu ile dizayn sarmalındaki iterasyon sayısının azaltılabileceği ortaya konmuştur. Araştırma sırasında yatlar için uyarlamalar veya geliştirmeler yapılmış olup; pratik yaklaşımlar yardımıyla gemi mühendisi ön stabilite ve mukavemet alanında bazı değerlere ulaşacak ve bu değerlerin istediği sınırlara yakınlığına bağlı olarak tekrar tekne ana boyutlarına ve malzeme seçimine dönüş yapması gerekecektir. Minimize edilmiş iterasyon sürecinden sonra gemi mühendisi, teklif paketinde fiyat belirleme ve dizayn sürecinin ilerleyen aşamalarında kullanabileceği değerlere ulaşabilecektir

Abstract:
Because of its strength, the gained knowledge in the welding technologies and the  availability parameters, steel as a material was used to be the most popular ship building material for many years. Due to the improvements in metallurgy technology, the studies are canalized to find alternative material types for production.   As a natural result of it's low density, Aluminium has a weight and easy forming advantages which collected the attention of industry on itself. After a short while, it has been started to be used in shipbuilding sector after the adaptation researches completed. Except for the usage of Aluminium as a single material of the construction, due to several purposes, a growing demand has been occured in order to use Aluminium together with steel. This has forced the technology to find out new solutions. Aluminium is being mostly chosen as a construction material for the superstructures. Thus, the financial disadvantage of it can be minimized and the strength, seakeeping and stability can be accordingly optimized. Despite the class societies have started to update their scantling rules for the use of aluminium as a construction material, this number is still quite limited. Because of being a relatively new material compared with steel, it is still not possible to find the detailed rules for yachts except for LR and BV. In this research it is aimed to guide the designer during the proposal and concept design phase by decreasing the number of iteration in design spiral. During the study stability and strength models are developed. A strong prediction is made for the stability characteristics which can be described my means of hull's main parameters. In the strength section of the research a guidance is aimed to be shown by using the basic strength principles in order to optimize the superstructure dimensions and choosing the right material combination for the hull and the superstructure. Among the stability section road map is explained step by step for the evaluation of the stability in a practical way by using the studies of Prohaska as a foundation. In the strength section, Bleich's approach is observed which is based on Navier's theory and the required simplifications and developments are brought in order to use it for motor yachts. For proving the reliability of the method the finite element models of several superstructures are made and the results are compared with each other. Besides this, opinion of experts are interviewed and weighted estimation method is used in order to optimize the sequence of priorities and to decrease the number of iterations during the concept design phase. During the research several adaptations and developments are made, by developing practical approaches the naval architect will able to calculate the main values in order to make clear predictions about preliminary stability and strength. After evaluating these results the engineer will decide whether an optimization should be made for material or main dimensions. The designer will able to reach the values which will be required for preliminary design stage and for price estimation after the minimized iteration process.