Akışkan-yapı etkileşimi simülasyonlarında hidroelastik titreşim

Titreşim insanların rahatını, ekipmanların işlemelerini etkileyen önemli bir konudur ve bu yüzden analizler yoluyla tasarım aşamasında incelenmelidir.

Hidroelastik Titreşim Analizleri

Global Titreşim Analizleri
Gemi yapıları anlık bir yüke maruz kaldıklarında (bırakılan çapanın birdenbire durdurulması gibi vb..) uyarılan rijit cisim hareketlerine ek olarak elastik şekilde de hareket etmeye başlar. Bu hareketlerinin toplamına o geminin titreşimleri denir. Bu titreşimler yerel veya global bütün tekne boyunca olabilir. Global tekne titreşimleri, vakumda bulunan serbest-serbest bir kirişin (basit mesnetli bir kiriş) göstereceği hareketlere benzeştirilebilir ve dolayısı ile kiriş-cinsi (beamlike) titreşimler olarak adlandırılırlar. Geminin içerisinde bulunduğu akışkan ortamı her ne kadar gemi titreşimleri üzerinde etkili rol oynasa da global titreşimlerinin kiriş-cinsi karakteristiğini değiştirmezler.

Büyük gemilerin global gemi titreşim frekansları, küçük gemilerin frekanslarından daha küçüktür. Deniz ortamı ise göreceli olarak düşük frekanslı uyarıcı kaynak olarak kabul edildiğinden, rezonans deformasyonlarının meydana gelebilmesi büyük gemilerde küçük gemilere oranla daha muhtemeldir. Büyük gemiler aşırı bütünsel rijit cisim hareketi göstermezler, onun yerine daha fazla deforme olurlar.

Gemileri titreşime sokabilecek uyarıcı kuvvetler esas olarak ikiye ayrılabilir. Bunlar;

Sürekli Uyarıcı Kuvvetler
Geminin sevk sisteminden ve ana makinesinden gelen ve gemi yolculuğu boyunca belli frekanslarda sürekli olarak gemi bünyesine uyarıcı olarak uygulanan kuvvetlerdir. Ticari gemiler hayatlarının büyük bir kısmını seferlerde geçirdikleri için bu tür sürekli kuvvetler gemi dayanımı, bünyesel yorulma ve yolcu ve ekip konforu açısından çok önemlidir ve detaylı incelenmeleri gerekmektedir. Yapısal hasarlara yol açabilecek, yolcu ve mürettebat konforunu bozabilecek ve ekipmanların performansları ile bir girişim yaratabilecek sürekli titreşimlerin kaynağı olarak, dengelenmemiş periyodik ana makine kuvvetleri ve şaft/pervane kuvvetleri olarak bilinirler. Bu titreşimlerin genlikleri uyarıcı kaynaklardaki iyileştirmeler ile azaltılabilirler. Ana makinenin dengelenmemiş kuvvetlerinin azaltılması için makine dizaynı iyileştirilebilir, silindir sayısı değiştirilebilir veya günümüz makinelerinde kullanılan, ayarlanabilir karşı-ağırlıklar veya moment dengeleyici ek ekipmanlar kullanılabilir. Pervaneden gelen kuvvetlerin azaltılması için ise, pervane dengelenmemiş ağırlıkları minimuma indirilebilir, pervane hidrodinamik dizaynı ve pervanenin içinde çalışacağı gemi arkası iz dağılımı iyileştirilebilir ve gemi kıçı ve pervane arasındaki açıklık optimize edilebilir.

Sürekli Olmayan Uyarıcı Kuvvetler
Bu kuvvetler uygulanma süresi ve frekansı sürekli kuvvetlerden daha küçük kuvvetlerdir. Genel olarak denizden gelen uyarıcı kuvvet frekansları 1 Hz’in altındadır ve uygulanma süreleri sürekli kuvvetlere oranla daha azdır. Geminin dalgalı denizdeki dövünmesinden ve dalgalardan gelen yükler bu kuvvetler içerisinde sayılabilir. Bu tür kuvvetler hem geminin rijit cisim hareketlerini hem de elastik titreşim hareketlerini tetiklerler ve gemi bünyesini serbest titreşim frekanslarında titreşime bırakmaktadır. Gemi bünyesi, kendisine harici kuvvetler uygulandığında titreşmeye başlayacaktır. Gemi ağır bir şekilde baş kıç vurma hareketi yapıyorsa ve geminin başı dövünme kuvvetlerinden etkileniyorsa sonuçta elde edilen titreşim değerlerinin süreksiz olduğu görülebilir ve bu tür titreşimler esas öneme haiz değillerdir.

Video Arşiv

Gemi yapıları üzerinde görülebilecek titreşimler esas olarak ikiye ayrılabilir (Todd,1961).

• Global Gemi Titreşimleri
• Yerel Gemi Titreşimleri

Global Gemi Titreşimleri
Geminin gövdesinin global olarak hareket ettiği titreşim frekanslarıdır. Geminin sevk sisteminden (pervanelerden) ve ana makinesinden gelen uyarımlar gemi titreşimlerinin önemli kaynakları olarak bilinirler. Bu uyarımlar birçok şekilde meydana gelebilir. Bunlar, gemi bünyesine şaft yoluyla iletilen itme ve moment değişimlerinin sebep olduğu dinamik kuvvetlerin uyarımı ve pervanenin gemi yapısı üzerinde oluşturduğu değişken basınç alanının uyarımlarıdır.

Ana ve yardımcı makineler, içerilerindeki yanma aşamasında oluşan kuvvetlerin ve ayrıca dönen kütlelerin ve karşılıklı ilerleyen pistonların atalet etkileri nedeni ile kendi temelleri üzerinden gemi yapısına dinamik kuvvetler aktarırlar.

Bu dinamik uyarım kuvvetleri sonucunda, gemi bünyesinin kiriş-cinsi titreşimleri uyarılabilmektedir. Sevk sisteminden gelen uyarıcı kuvvetlerin frekansları, şaftın dönüş frekansı, pervane kanat frekansı ve bunların harmonikleri olabilmektedir. Ana makinenin bünyeye ilettiği dengelenmemiş kuvvetlerin oluşturduğu uyarımlar ise düşük devirli dizel makineler için, en fazla birinci ve ikinci derece şaft frekanslarında etkili olmaktadır.

Gemi yapısının global titreşim modları genel olarak aşağıdaki şekillerde olmaktadır ;

• Düşey Eğilme Modları
• Yatay Eğilme ModlarıBurulma Modları
• Gemi Boy Yönündeki Modlar
• Yatay Eğilme ve Burulma Modları arasındaki Etkileşimli Titreşim Modları (özellikle konteyner gemileri için)

Bu titreşimler gemi yapısının "rezonans" titreşim modları olarak adlandırılmaktadır.

Görsel Arşiv