Yük Altındaki Titreme
Pazar, 01 Eylül 2019

Titreşim kapsamındaki konular mühendislik için son derece önemli ve temel bir inceleme sahasını oluşturmaktadır. Uygulama alanına bağlı olarak bu konu çok çeşitli yönlerden incelenebilir. Doğrudan Deniz Mühendisliğine atlanırsa, titreşim kökenli durumların denizcilik açısından çok geniş bir değerlendirme ve inceleme zarfına sahip olduğu da söylenebilir.

Burada çok kısaca bahsi geçecek konu ise yapıların doğal frekans davranışlarının yük altındaki değişimleri hakkında olacaktır. Mevzu doğrudan (bilgisayar destekli) hesaplamalı olarak ele alınabileceği için denizaltı mukavim teknelerinin tasarımı hakkındaki en zengin açık-kaynak içeriği meydana getiren, Kanada-Hollanda ortaklığı ile gerçekleştirilmiş birtakım denel araştırma çalışmalarına ait veriler temel alınacaktır.

Söz konusu veriler DRDC1 [1] tarafından yayınlanmıştır ve merak edenler tarafından kolayca bulunabilir. Bu verilerin zaman içinde daha geniş kapsamlı olarak değerlendirilmesi de düşünülmektedir. Şimdiki çalışmaya temel oluşturmak için ise L300 denel yapısı seçilmiştir.

Mukavim teknelerin hidrostatik basınç altındaki burkulma davranışlarını incelemek için imâl edilen modellerden biri olan L300 için, haricî ve dahilî kemereli iki temel seçenek mevcuttur. Aşağıda görüldüğü gibi burada kullanılan ise dıştan kemereli yapıdır.

Cisim, hesaplama amacıyla Gmsh kullanılarak ve 3B hacim elemanlarıyla modellenmiş ve [Resim.1]'de görüldüğü üzere düzenli örgü kullanılmıştır. Çözücü ise Calculix CrunchiX (CCX) olarak tercih edilmiştir. Deneyde kullanılan yapı malzemesi 6082-T6 Alüminyum alaşımıdır ki ihtiyaç duyulan temel fizikî nitelikleri aşağıdaki "yüklüTitreşim.inp" içinde verildiği gibidir.

♦ ccx:
  1. *HEADING
  2.  
  3. ...
  4.  
  5. *MATERIAL,NAME=Al-6082-T6
  6. *ELASTIC
  7. 71.35E9,0.30
  8. *DENSITY
  9. 2700
  10.  
  11. ...
  12.  
  13. ** ilk safha; yükü uygulamak için
  14. *STEP
  15. *STATIC
  16. *DLOAD
  17. *INCLUDE, INPUT=yuk100m.dlo ** basınç yükünü tanımlayan haricî dosya
  18. *END STEP
  19. **
  20.  
  21. ** ikinci safha; verilen yük altındaki doğal frekansları hesaplamak için
  22. *STEP, PERTURBATION
  23. *FREQUENCY
  24. 15
  25.  
  26. ...
  27.  
  28. *END STEP

Ccx: yüklüTitreşim.inp


Calculix ile yük altındaki doğal frekansları hesaplayabilmek için "PERTURBATION" değişkeni kullanılır. Yukarıda, konuya açıklık getirebilmek için bu çalışmada kullanılan *.inp dosyasının (sadece) ilgili bölümü verilmiştir. Böylece hesaplama iki kademede gerçekleşir ve önce yapıya yük uygulanır daha sonra frekans hesaplanır, ilk kademe çıkartıldığında ise yüksüz hesaplama yapılmış olur.

Buradaki örnek çalışmada L300 iki ucundan sabit mesnetlenmiş ve basınç yükü sadece yanal olarak uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar ve doğal frekansların hidrostatik yüke bağlı olarak derinliğe göre nasıl değiştiği [Çizelge.1] üzerinde gösterilmiştir.

L300 için 100m'de 7. titreşim modu

Resim.1) Dış kemereli L300 için 100m derinlikte CCX 2.15 ile hesaplanan ilk onbeş doğal frekans modu.


Yapıların yük altındaki titreşim davranışlarının ciddi değişiklikler gösterdiği [Çizelge.1] bu şekilde anlaşılmış oldu. Bununla birlikte eğer bu yükün kaynağı bir sıvı, mesela deniz suyu ise söz konusu akışkanın yük haricindeki etkileri sebebiyle, yapının doğal frekans davranışlarında daha da büyük değişiklikler meydana gelebilmektedir.

Örneğin bir deniz aracı söz konusu olduğunda suya temas eden gövde kaplamasının bu temastan etkilenen davranışını gerçekçi olarak hesaplayabilmek, bilhassa bâzı durumlarda çok büyük önem taşımaktadır ve örneğin denizaltı tasarımının akustik altbaşlığı bu açıdan en önemli uygulama sahasıdır.

mod Yüksüz 100m 250m 500m 1.000 1.500m
1 2.715,8 2.682,6 2.632,0 2.545,1 2.360,7 2.159,2
2 2.715,8 2.682,6 2.632,0 2.545,1 2.360,7 2.159,2
3 2.779,8 2.767,3 2.748,5 2.716,6 2.651,2 2.569,2
4 2.779,8 2.767,3 2.748,5 2.716,6 2.651,2 2.569,2
5 3.446,0 3.395,3 3.317,6 3.183,3 2.893,9 2.583,6
6 3.446,0 3.395,3 3.317,6 3.183,3 2.893,9 2.583,6
7 3.878,3 3.876,9 3.874,9 3.871,3 3.751,3 3.318,4
8 3.878,3 3.876,9 3.874,9 3.871,3 3.751,3 3.318,4
9 3.991,7 3.969,6 3.936,1 3.878,8 3.759,5 3.575,0
10 3.991,7 3.969,6 3.936,1 3.878,8 3.759,5 3.575,0
11 4.226,9 4.188,0 4.128,7 4.026,7 3.810,2 3.633,4
12 4.226,9 4.188,0 4.128,7 4.026,7 3.810,2 3.633,4
13 4.479,2 4.412,8 4.310,8 4.134,0 3.864,0 3.856,3
14 4.479,2 4.412,8 4.310,8 4.134,0 3.864,0 3.856,3
15 4.490,2 4.482,7 4.471,1 4.451,2 4.363,0 3.989,4

Çizelge.1) Dıştan kemereli ve kusursuz L300 modeli için çeşitli yük (derinlik) durumlarında Calculix 2.15 ile elde ilk onbeş moda ait doğal frekans değerleri.


Burada kullanılan Calculix yazılımı, Akış-Yapı Etkileşimi (AYE) bağlamında böyle bir problemi çözebilmeye yarayacak daha gerçekçi bir çözüm elde edebilmek için ihtiyaç duyulan Islak Titreşim yeteneğine (henüz) sahip olmadığı için meselenin bu çok önemli (ve aynı zamanda zorlu) kısmı ele alınamadı. Bununla birlikte gelecekte daha farklı açık-kaynak yazılımlar vasıtasıyla bilâhare bu konuya da el atılabilir ama henüz sırası gelmedi...

♦ Açıklamalar

1. DRDC: Defence Research and Development Canada [geri]

♦ Kaynaklar

1. DRDC genelağ sitesi - http://www.drdc-rddc.gc.ca
2. Calculix genelağ sitesi - http://calculix.de
 
Telif Hakkı © 1997-2022 [uskudar.biz]
- sürüm 6.0.0 - Bütün Hakları Saklıdır.
Kullanım şartları için tıklayın!