Gemi Yapılarının Hidroelastik Davranışlarının Dövünme Etkisi Altında İncelenmesi

Abstract

Dalgalar arasında ilerleyen geminin maruz kaldığı en ciddi zorlamaya sebep dövünme olayı, zaman bölgesinde sayısal olarak modellenmiş ve gemi yapısına etkiyen dövünme kuvvetleri elde edilmiştir. Elde edilen bu zorlayıcı kuvvetlerin gemi yapısına (örneğin gemi orta kesiti) etkisini incelemek için düzgün dalgalarda yol alan geminin dövünme etkisi altında iki–boyutlu hidroelastik analizi gerçekleştirilmiştir. Dövünme kuvveti hesap edilirken, serbest su yüzeyine çarpıp akışkan bölgesini deforme eden iki–boyutlu cismin etrafındaki akım Sınır Elemanları Metodu (S.E.M.) kullanılarak çözülmüştür. Akışkan sıkıştırılamaz ve irrotasyonel kabul edilip Potansiyel Akım kabulü yapılmıştır. Cisim ve serbest su yüzeyleri, üzerlerine dağıtılan kaynaklar ile ifade edilmektedirler. Hem dinamik hem de kinematik lineer olmayan serbest su yüzeyi koşulları sağlanarak her zaman adımında serbest su yüzeyindeki düğüm noktalarında normal hızlar, cisim üzerindeki düğüm noktalarında ise akım potansiyelleri hesap edilmektedir. Böylece serbest su yüzeyinin deformasyonu ve cisim üzerine etkiyen basınçlar (Bernoulli denklemi vasıtası ile) hesap edilmektedir. Suya giren cisme etkiyen toplam dövünme kuvveti, elde edilen basınçların cismin ıslak yüzeyi boyunca integre edilmesiyle bulunur. Geliştirilen program İTÜSEM, ile sabit hızla suya giriş, su yüzeyine serbest düşme ve tayin edilen değişken hız profili ile suya giriş durumları sayısal olarak modellenebilmektedir. Hem sayısal hem deneysel çalışmalar ile karşılaştırmalar yapılmıştır. İTÜSEM ile hesap edilen dövünme kuvvetlerine geminin verdiği hidroelastik cevaplar, Leibowitz (1963)’in momentum denklemi ile hesap edilen dövünme kuvvetlerine verdiği hidroelastik cevaplar ile karşılaştırılmıştır.

The most severe excitation for a ship structure travelling in a seaway is the slamming phenomenon which is numerically modelled in this study. The slamming excitation forces acting on the ship structure are calculated in time domain. Two-dimensional hydroelastic responses of the ship structure travelling against regular waves are calculated in order to analyse the effect of the slamming on hydroelastic responses. The Boundary Element Method (B.E.M.) is used to solve the flow around twodimensional body penetrating the free surface and deforming the fluid domain to calculate the slamming force acting on the body. The flow is assumed to be incompressible and irrotational so that a flow potential satisfies the Laplace equation in fluid domain. At every time step, the normal velocities on free surface segments and the flow potentials on the body boundary segments are calculated by satisfying both dynamic and kinematic free surface boundary conditions. The profile of the free surface and the pressure distribution (using Bernoulli equation) over the body boundary can then be obtained. Having obtained pressures on the body, the slamming forces at any time step is calculated by integrating pressures over the wetted segments on the body. The water entry with constant velocity, free fall on the water surface and water entry with a velocity profile can be numerically simulated by developed software, ITUSEM. Comparisons are made with both numerical and experimental studies. Hydroelastic responses along the hull girder the slamming forces predicted by ITUSEM are compared to those calculated against slamming forces predicted by Leibowitz s (1963) momentum equation.