Theoretical And Experimental Analysis Of Local Vibration Problems Appearing In Ships

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2009Gemi boyut ve hızlarındaki büyük artış, gemi titreşimlerini, gemi tasarımı ve yapımında büyük önem taşır hale getirmiştir. Deniz taşımacılığında artan talebi karşılamak için ihtiyaç duyulan bu yapıların daha esnek olması, titreşim problemlerine neden olmaktadır. Aşırı gemi titreşimleri, yolcu konforunu ve mürettebat yaşamını önemli ölçüde etkilemekle birlikte makina ve cihazlarda bozulmalara ve yapısal elemanlarda yorulma hasarına neden olmaktadır. Gemilerde titreşim problemlerinin çözüm kaynağının erken safhadaki tasarım aşamasında belirlenmesinin önemi ve sonradan yapılacak olan düzeltmelerin çok ağır maliyetler gerektirdiği bilinmektedir. Tasarım aşamasında yapılacak olan bir takım basit çalışmalarla ileride ortaya çıkacak büyük titreşim problemlerinin önlenmesi sağlanabilmektedir. Bu çalışmada gemilerde ortaya çıkan titreşim problemleri yerel ve genel titreşimler olarak iki ayrı bölümde incelenmiştir. Yerel titreşimler bölümünde titreşim açısından geminin en kritik bölgelerinden birini oluşturan ve “Kırlangıç” adı verilen köprüüstü uzantıları incelenmiştir. Bu uzantılar, çeşitli uzunluk ve destek açıları için çerçeve sistemleri şeklinde modellenerek sonlu eleman analizi ile doğal frekans ve mod şekilleri belirlenmiştir. Aynı modeller analitik yöntemle de çözülerek doğal frekans değerleri hesaplanmıştır. İncelenen kırlangıç yapılarının modelleri laboratuvar ortamında da hazırlanarak sonlu eleman analizi ve analitik yöntemlerle elde edilen sonuçlar deneysel modal analiz yöntemiyle de doğrulanmıştır. Ayrıca farklı tasarımlar için elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak tasarım özelliklerinin sonuçlar üzerindeki etkileri üzerinde durulmuştur. Global gemi titreşimlerinin incelendiği bölümde ise tüm geminin katı modelleme yazılımıyla üç boyutlu katı modeli oluşturularak sonlu eleman analizi ile doğal frekans ve mod şekillerinin tespiti gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde geminin hangi frekanslarda rezonansa gireceği ve nasıl davranışlar sergileyeceği belirlenmiştir.With the increase of ship size and speed, shipboard vibration becomes a great concern in the design and construction of the vessels. The flexibility of vessels which are needed to meet the demand in sea transportation, causes ship vibrations. In addition to undesired effects on passenger comfort and crew habitability, excessive ship vibration may result in the fatigue failure of local structural members or malfunction of machinery and equipment. The importance of the solutions of vibration problems which are addressed at the earliest design stage and the great cost in later correction efforts are clear. It is possible to avoid great vibration problems by means of simple studies in the early design stage. In this study, ship vibration problems are studied under two sections, which are local and global vibrations. In the local vibrations section, the bridge extensions called “Bridge Wing” which are one of the most critical areas of importance to ship vibration are studied. The natural frequencies and mode shapes of these extensions which are modelled as frame structures with different length and support angles, are determined with finite element analysis. The same models are solved with an analytical method and the natural frequencies are calculated. Furthermore, these bridge wing models are prepared in laboratory and the results obtained by finite element analysis and analytical method are verified by experimental modal analysis. Besides, the results obtained from different bridge wing designs are compared and effects of design properties on the results are emphasized. In the section which the global vibrations are studied, a three-dimensional ship model is prepared using a solid modelling software and the natural frequencies and mode shapes are determined using finite element analysis. In this way, the resonance frequencies and behaviours of the ship are determined.DoktoraPh