Sualtı patlamalarının saha ölçümleri ve sayısal modellemelerle incelenerek civardaki deniz araçlarında hasar tahminleri yapılması

Abstract

Bu çalışmanın ilk kısmında denizde kontrollü bir sualtı patlamasının patlama basıncı ölçümleri yapılmıştır. Yirmi beş kg-TNT eşdeğeri bir patlayıcı infilak ettirilmiş ve patlama basınçları, sualtı ortamında rezonanssız yüksek voltaj çıkışında çalışan sekiz farklı yüksek performanslı basınç sensörü ile kaydedilmiştir. Kaydedilen tepe basınç değerleri, literatürde kabul edilen ampirik sualtı patlaması (UNDEX) basınç formülü ile kıyaslanmıştır. Söz konusu formülün sabitleri, ölçülen verilere en iyi şekilde uyması için iki farklı biçimde en küçük kareler yöntemi kullanılarak yeniden belirlenmiştir. Yeni belirlenen sabitlerin literatürde kabul görmüş formülün katsayıları ile karşılaştırıldığında nispeten küçük farklar tespit edilmiştir. Savaş gemilerinin stabilitesi, sistem ve alt sistemlerinin düzgün çalışmasını doğrudan tehdit eden sualtı patlamaları, hasar tahmini açısından ele alınmalıdır. Bu nedenle bu çalışmanın ikinci kısmında, LS-DYNA'nın Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) metodu/sayısal tekniği, gemi benzeri bir yapının yapısal bileşenleri üzerindeki şok etkilerini analiz etmek için kullanılmaktadır. Hesaplanan maksimum kalıcı deformasyonlar, doğrusal bir orantılılık faktörü elde etmek için karşılık gelen Omurga Şok Faktörü (OSF-Keel Shock Factor (KSF)) değerleriyle eşleştirilmektedir. Formülün tatmin edici tahminleri, şok dalgalarına maruz kalan gemi benzeri yapılara verilen hasarın büyüklüğünün bir ölçüsü olarak KSF'nin kullanılmasının oldukça kabul edilebilir olduğunu göstermektedir. Bu kasamda; bir gemi kirişini temsil eden barç benzeri bir yapı üzerindeki 3 boyutlu bir sualtı patlamasının etkileri, ALE yaklaşımı ile LS-DYNA yazılımı kullanılarak sayısal simülasyonlar yoluyla araştırılmıştır. KSF'deki değişimlerin etkilerini araştırmak için üç farklı simülasyon gerçekleştirilmiştir. KSF ≈ 1 için tasarlanan ikinci simülasyon, genel kullanıma açık olmasa da saha ölçümlerinin mevcut olduğu duruma benzer bir durumu temsil etmektedir. Hesaplanan maksimum kalıcı deformasyonların ölçülenlere yakınlığı, sayısal simülasyonların güvenilirliğinin bir göstergesidir. Ayrıca, simülasyon verilerinin kullanılmasıyla, burada ele alınan yapı için maksimum deformasyonlar ve karşılık gelen KSF değerleri arasında doğrusal bir ilişki kurulmuştur. Kalıcı deformasyonlar için iyi bir tahmin değeri veren bu basit ilişki, farklı yapısal özelliklere sahip gemi benzeri formlar için daha gelişmiş ve daha genel formüllerin öncüsü olarak görülebilir. Son olarak, hesaplanan başlangıç hızları (kick of velocity) göz önüne alındığında platformda, KSF ≈ 1 olduğunda ciddi hasarlar, KSF ≥ 1 olduğunda ise ölümcül hasarlar oluşacağı değerlendirilmektedir