Eksenel akış etkisindeki plakların dinamik davranışlarının incelenmesi

Abstract

Yapı üstünde akışkanın neden olduğu etkileri saptamak ve etkilerin sebep olacağı bozunumları önlemek adına, dinamik etkileşimin kestirim uygulamalarına ihtiyaç duyulur. Gemi inşaatı, uçak, inşaat, vb geleneksel mühendislik alanları ya da biyomühendislik gibi görece yeni alanlarda akışkan-yapı etkileşimi kaynaklı problemlerin incelenmesi önemli olabilmektedir. Temelinde bu çalışma, eksenel akış etkisinde düzlemsel basit bağlı plağın dinamik davranışını, lineer hidroeleastisite teorisinin ana ilkeleri doğrultusunda çözmeyi hedeflemiştir. Bu ilkeler doğrultusunda, farklı ortamlar için ayrı çözümler yapılmış ve çözümler birleştirilerek bütün bir sistem incelenebilmiştir. Problemde iki farklı sınır şartı çözümlerde uygulanmıştır. İlki, plağın akışkanda sonsuz derinlikte olacağı, bir diğeri ise ortamların etkileşimini sağlayan, akışkan-yapı arayüzündeki sınır şartıdır. Ayrıca akışkan ile etkileşimin plağın bir yüzeyinden olduğu kabul edilmiştir. Uygulanan çözüm yaklaşımı, yapısal sönüm ve dış kuvvetlerin yokluğunda elastik yapının dinamik karakteristiklerinin (doğal frekanslar ve karşılık gelen titreşim modları) belirlenmesi ve plak davranışının modal uzayda ifade edilmesi ile birlikte akışkan-plak etkileşiminin doğal modlar vasıtasıyla gerçekleştiği varsayımı ile akışkan probleminin çözülerek, etkileşim kuvvetlerinin kestirimi şeklindedir. Plak dinamik karakteristiklerinin tespit edildiği analizin 'kuru' safhası için sonlu eleman yöntemi Mindlin plak modeli üzerinde uygulanmış, akışkan-yapı etkileşim kuvvetlerinin hesaplandığı 'ıslak' safha içinse, etkileşim sonucunda ortaya çıkan akış alanını akışkan-yapı arayüzünde (plak yüzeyi) tanımlayan sınır integral denklem, sınır eleman yöntemiyle çözülmüştür. Akışkan ideal (viskoz olmayan ve sıkıştırılamaz) ve hareketi irrotasyonel kabul edilerek, yapının denge konumu etrafındaki küçük genlikli elastik titreşimlerinin akışkan ortamında neden olduğu hareketlenmeler (pertürbasyonlar), potansiyel akış modeliyle ifade edilmiştir. Akışkan ortamının sonsuza uzandığı varsayımıyla serbest yüzey etkileri ihmal edilmiştir. Akışkan kuvvetleri ile yapısal hareket denkleminin çözümünden, yapı davranışında belirleyici rolü olan kararsızlık durumları ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Plakta gözlenen kararsızlıklar yapının giderek büyüyen genliklerde hareket ettiği anlamına gelmektedir. Bu sebepten kararsızlık durumlarının doğru tespiti için yapısal nonlineerliklerin çözüme katılması gerekmektedir. Ayrıca, tez kapsamındaki uygulamalar basit mesnetli plaklarla sınırlı kalmış olsa da, yöntem plağın tüm kenarı boyunca bağlı olduğu bütün sınır şartları için uygulanabilirdir. Bununla birlikte, konsol plak gibi belirli kenarların serbestçe hareket edebildiği sınır şartları için, serbest uçlarda oluşacak girdap etkilerini dikkate alabilen yeni bir akışkan-yapı etkileşim modeline ihtiyaç vardır. Önerilen analiz yöntemi ile varılan sonuçların, ticari sonlu eleman yazılımları ve literatürde yer alan çalışmaların sonuçlarıyla uygunluk içerisinde olduğu saptanmıştır.