Yüzen Bir Yapının Bir Su Altı Patlamasına Cevabının Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Analizi

Abstract

Bütün yeni savaş gemileri veya yeni bir denizaltı tasarımı, ya da torpido gibi deniz altı silahları, su altı patlamaları gibi aşırı yükleme koşullarına dayanıklı şekilde tasarlanmalıdırlar. Yeni bir tasarımın bu şartlara karşı dayanımını kanıtlamak için şok deneyleri yapılabilir. Ancak böyle bir su altı patlama deneyinin yapılması yıllarca sürebilecek bir planlama ve hazırlık evresi gerektirir ve oldukça pahalıdır. Bu yüksek maliyet ve çevreye verilen olumsuz etkiler, yeni bir tasarımın su altı patlamalarına karşı dayanımını test edebilmek için sayısal çözüm yöntemlerinin araştırılmasını gerek kılmaktadır. Sayısal modelleme, doğru ve eksiksiz yapılırsa, etkin bir şekilde deneysel yöntemlerinin yerini alabilir. Bu sayısal yöntemler henüz tasarım aşamasında iken su altı patlamasına cevabın hesaplanmasını ve tasarımın eksik ya da kusurlu yanlarının ortaya çıkarılmasını sağlayabilirler. Bu çalışmada, yüzen bir şok test platformunun bir su altı patlamasına olan cevabı ABAQUS sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır. Denizin akustik bir ortam olarak modellendiği ve yapısal-akustik etkileşimin simüle edildiği analizlerle akustik eleman boyutunun, kavitasyonun ve yapısal sönümün etkisi incelenerek ortaya koyulmuştur. Çalışmada izlenen yöntem ve araçlar, sonuçların deneysel çalışmayla doğrulanması halinde, herhangi bir geminin ya da gemi ekipmanının su altı patlamasına olan cevabının güvenilir bir şekilde hesaplanmasında kullanılabilir.

All new combatant ships or any new submarine design, or any undersea weapon such as torpedoes, should be designed to survive extreme loading conditions, such as underwater explosions (UNDEX). One can carry UNDEX shock trials to validate design. However, these shock trials require years of planning and preparation and are extremely expensive. The cost involved and the environmental effects require exploration of numerical solution techniques that can analyze the response of any new design subject to various explosions. Computational modeling and response, if perfected, can effectively and accurately replace the experimental procedures used to obtain the UNDEX response. The computational modeling also provides a valuable tool for design validation during early design phase. In this study, some near proximity underwater explosion simulations on a floating shock platform were carried using the finite element package ABAQUS. The effect of fluid mesh size, cavitation and damping on the response of the structure was investigated. Once the method has been validated by experimental results, the same procedure can be reliably used to evaluate the response of any warship or shipboard equipment to underwater explosions.