Su altı patlama yükleri altında gemi yapısının dinamik analizi
Dynamic analysis of ship structure subjected to underwater blast loads
Yazar: MERT AYAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR DEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering
Dizin: Beka = Survival ; Dinamik analiz = Dynamic analysis ; Gemiler = Ships ; Patlama = Explosion ; Su altı = Underwater ; Şok dalgaları = Shock waves

Özet:
Savaş gemileri, ticari gemilerden farklı olarak askeri operasyonel tehditlere karşı dayanıklı şekilde tasarlanması gerekmektedir. Tehditler tarafından isabet aldığında belirli operasyonel görevleri ve kabiliyetleri devam ettirme yeteneğine beka kabiliyeti adı verilmektedir. Tasarım aşamasındaki beka hesapları dahilinde havadan, su altından ve su üzerinden atılabilen, temaslı veya temassız olarak birçok tehdide karşı hasar olasılıkları belirlenip, bunlara karşı bazı yapısal önlemler alınarak beka kabiliyeti korunmalıdır. Savaş gemisi tasarımındaki ağırlık, maliyet ve yerleşim gibi kısıtları da göz önüne alarak, tasarımcıların beka kabiliyeti ile ilgili yapısal kararlarını optimize etmesi kaçınılmazdır. Mayın ve torpido gibi geleneksel fakat yıkıcı etkiye sahip su altı patlayıcılarının infilak etmesi sonucunda yüksek sıcaklık ve basınç gibi fiziksel etkiler meydana gelmektedir. Bu etkilere karşı gemi yapısının vereceği yapısal tepkiler ampirik hesaplar ve sonlu elemanlar metoduyla (SEM) yapılacak analizler ile incelenebilmektedir. Bu çalışmada su altında konumlandırılan patlayıcının, belirlenen patlama konfigürasyonlarına göre su, hava ve gemi ortamlarıyla birlikte üç boyutlu modellenerek sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmesi amaçlanmıştır. ALE tekniği kullanılarak ortamlar arasındaki katı-sıvı etkileşimi sağlanmaktadır. Patlama sonrası oluşan ilk şok dalgası, geniş hacim kavitasyonu, tekne lokal kavitasyonu ve baloncuk gibi etkilerin oluşumu incelenmiş, bu etkilerin gemi yapısı üzerinde oluşturduğu dinamik davranış analiz edilmiştir. Bu şekilde su altı patlaması olayının metodolojisi ortaya koyularak, savaş gemisi tasarımında kritik rol oynayan beka kabiliyeti kapsamında, olası su altı patlamalarına karşı yapısal iyileştirme kararları alınabilmesi ve donatılacak ekipmanların, bu analiz sonucunda belirlenecek kriter şok yüklerine dayanıklı şekilde tasarlanabilmesi sağlanacaktır.

Abstract:
Warships, unlike commercial ships, must be designed to withstand military operational threats. The ability to carry out certain operational tasks and capabilities when hit by threats is called survivability. Within the scope of the survivability calculations at the design stage of warships, the survivability should be protected by determining the possibilities of damage to many threats that can be thrown over air, underwater and surface, with or without contact, and taking some structural measures against them. Taking into account such constraints as weight, cost and arrangement in the design of warships, it is inevitable that designers optimize their structural decisions regarding survivability. As a result of the detonation of conventional but destructive underwater explosives such as mines and torpedoes, physical effects such as high temperature and pressure occur. The structural responses of the ship structure to these effects can be examined by empirical calculations and finite element analysis (FEA). In this study, it is aimed to analyze the explosive positioned underwater by finite element method by three dimensional modeling together with water, air and ship environments according to the determined explosion configurations. Fluid-solid interaction (FSI) is achieved using the ALE technique. The formation of effects such as the first shock wave formed after the explosion, large volume cavitation, local hull cavitation and bubbles were examined, and the dynamic behavior of these effects in the ship structure was analyzed. In this way, by revealing the methodology of the underwater explosion, it will be ensured that structural improvement design decisions can be made against possible underwater explosions and that the equipment to be equipped can be designed to withstand these criteria shock loads within the scope of the survivability, which plays a critical role in the design of the warship.