Roll Motion Analysis Of Ships In Longitudinal Waves

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011Günümüze kadar yalpa hareketi ile ilgili birçok bilimsel çalışma yapılmış, kural ve düzenleme geliştirilmiştir. Fakat yalpa hareketi ile ilgili yapılmış ve yapılmakta olan çalışmalara rağmen, ilgili kurumların uygulamaya koyduğu kurallar, normalde gemilerin çok fazla içinde bulunmadığı statik deniz koşullarına bağlı oluşturulan stabilite teorisine dayanmaktadır. Bu kurallar dalgalar arasındaki bir geminin stabilitesinin irdelenmesi durumunda çoğu zaman yetersiz kalmakta ve bu nedenle gemiler statik veya yarı statik stabilite teorisine dayanan tüm stabilite kurallarını karşıladığı halde ne yazık ki batmaktadırlar. Boyuna dalgalar arasındaki bir geminin yalpa hareketi de mevcut kuralların yetersiz kaldığı konulardan birisidir. Literatürde daha çok parametrik yalpa hareketi olarak ifade edilen olay, yaklaşık yarım yüzyıldır bilinse de, gerekli önemi boyuna dalgalarda oluşan stabilite kazalarının artmasıyla son yıllarda almıştır. Bu tez çalışmasında, parametrik yalpa hareketi ile ilgili olarak yapılan ve halen yapılmakta olan çalışmalara katkıda bulunmak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda düzenli dalgalar için, lineer olmayan sönüm ve doğrultma momenti terimlerinden oluşan 1 serbestlik dereceli “parametrik yalpa hareketi modeli” oluşturulmuştur. Modelin, literatürdeki diğer parametrik yalpa hareketi modelleri ile karşılaştırıldığında çözümünün daha pratik olması, doğruluğunun kabul edilebilir düzeyde olması ve bifürkasyon gibi lineer olmayan etkilerin de analiz edilmesine olanak sağlaması hedeflenmiştir. Yalpa hareketi analiziyle, dalga dikliği, gemi hızı, sönüm ve karşılaşma açısı gibi parametrelerin yalpa hareketi üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Gemilerin stabilite ve sönüm özellikleri ile lineer ve lineer olmayan etkiler arasında ön dizayn aşamasında kullanılabilecek korelasyonlar bulunmuştur. Ayrıca gemi hızı, dalga dikliği, sönüm ve dalga karşılaşma açısı gibi parametrelerin, kaotik hareket nedeniyle oluşan devrilme olayı üzerindeki etkileri göreceli güvenli bölge tanımı yapılarak incelenmiştir.Although many researches have been achieved about ship stability, associated regulations put into practice are mostly based on static conditions, which do not truly represent high-risk cases for ships. Even, ships comply with all static and quasi-static regulations; they still may end up with capsizing because of the nonlinear effects ignored in the existing regulations. Roll motion in longitudinal waves is another incident where regulations seem to be insufficient. The phenomenon, which is called parametric roll motion in the literature, has been known for half a century became significantly important since accidents occurred in longitudinal waves in recent years. In this thesis, it is aimed to contribute to the studies on roll motion in longitudinal waves. For this purpose, parametrically excited roll motion is modeled as a single degree of freedom system with nonlinear damping and restoring moment terms. The model developed in this study is aimed to have a practical solution and an acceptable level of accuracy besides determining nonlinear effects, such as bifurcations. In this study, the influence of the parameters on the parametric roll motion such as, wave slope, ship speed, damping and encountering angle has been taken into account. The influence of stability and damping characteristics on linear and nonlinear parameters is investigated in order to search for a possible correlation between them. Furthermore, the effects of parameters such as, ship speed, wave slope, damping and encountering angle on capsizing due to chaotic motion are shown by defining relatively secured regions.DoktoraPh