tc yıldız teknik üniversitesi fen bilimleri enstitüsü su üstü savaş gemilerine ait savaş sistemi temeller

130 Pages·2014·8.61 MB·Turkish

T.C.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
SU ÜSTÜ SAVAŞ GEMİLERİNE AİT SAVAŞ SİSTEMİ TEMELLERİNİN YAPISAL
ANALİZİ
ORHUN ORHAN
DANIŞMANNURTEN BAYRAK
YÜKSEK LİSANS TEZİ
GEMİ İNŞAATI VE GEMİ MAKİNELERİ MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI
GEMİ İNŞAATI VE GEMİ MAKİNELERİ MÜHENDİSLİĞİ PROGRAMI
DANIŞMAN
YRD. DOÇ. DR. BEKİR ŞENER
İSTANBUL, 2014
İSTANBUL, 2011
T.C.
YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
SU ÜSTÜ SAVAŞ GEMİLERİNE AİT SAVAŞ SİSTEMİ TEMELLERİNİN YAPISAL
ANALİZİ
Orhun ORHAN tarafından hazırlanan tez çalışması 15.08.2014 tarihinde aşağıdaki jüri
tarafından Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gemi İnşaatı ve Gemi
Makineleri Mühendisliği Anabilim Dalı’ndaYÜKSEK LİSANSTEZİolarak kabul edilmiştir.
Tez Danışmanı
Yrd. Doç. Dr. Bekir ŞENER
Yıldız TeknikÜniversitesi
Jüri Üyeleri
Yrd. Doç. Dr. Bekir ŞENER
Yıldız Teknik Üniversitesi _____________________
Doç. Dr.Fuat ALARÇİN
Yıldız Teknik Üniversitesi _____________________
Doç. Dr. Semih SEZER
Yıldız Teknik Üniversitesi _____________________
ÖNSÖZ
Gemi inşa sanayii günümüzde hızlı bir gelişim göstermekte, bu gemişimin başını ise
savunma sanayii çekmektedir. Türkiye bu gün kendi milli savaş gemisini dizayn ve inşa
eden Dünya’daki sayılı ülkeler arasındaki yerini almış olup, bu hızlı gelişim sürecinde
yaşanan tecrübeler ile ileri mühendislik uygulamalarının ne kadar önem arz ettiği
konusundaki bilinç gün geçtikçe artmıştır.
Bu tezin yazılmasında ki amaç, savaş gemisi dizaynı sürecinde, savaş sistemlerinin gemi
bünyesine entegrasyonunda ara yüz olarak kullanılan faundeyşınların(temel)tasarım ve
analizlerinin yapılması sürecini anlatmak ve ileri mühendislik program/uygulamaları
vasıtası ile nasıl gerçekleştirildiğini örneklemektir. Bu kapsamda analizlerin yapılması için
tasarlanan tipik bir hücumot üzerine entegrasyonu sağlanacak su üstü topu faundeyşının
tasarımı, mukavemet ve modal analizi yapılmış ve savaş gemisi dizaynınınbu aşamasında
müracaat edilecek yardımcı bir kaynak eser oluşturulmaya çalışılmıştır.
Bu tezin hazırlanmasındaki yardımlarından dolayı Tez Danışmanım Yrd. Doç. Dr. Bekir
ŞENER’e teşekkür ederim.
Değerli zamanlarını ve tecrübelerini, bu tezin hazırlanması aşamasında ve meslek
hayatım boyunca benden esirgemeyen Fatih AKÇAKOYUNLUOĞLU ve
Bahadır BASKAN’a teşekkürü borç bilirim.
Ayrıca meslek hayatım boyunca kişisel ve mesleki gelişimim için bana her zaman destek
olanErkan ÜLKÜ veVolkan ALTINTAŞ’a teşekkür ederim.
Bana her zaman güvenen, güven veren, sevgi ve desteklerini hiçbirkonuda esirgemeyen
annem ve babam Sema ORHAN ve Zeki ORHAN’asonsuz teşekkür ederim.
Ağustos, 2014
Orhun ORHAN
İÇİNDEKİLER
Sayfa
SİMGE LİSTESİ...................................................................................................................vii
KISALTMA LİSTESİ............................................................................................................viii
ŞEKİL LİSTESİ......................................................................................................................ix
ÇİZELGE LİSTESİ...............................................................................................................xiv
ÖZET.................................................................................................................................xv
ABSTRACT.......................................................................................................................xvii
BÖLÜM 1
GİRİŞ..................................................................................................................................1
1.1 Literatür Özeti.............................................................................................1
1.2 Tezin Amacı.................................................................................................4
1.3 Hipotez........................................................................................................4
BÖLÜM 2
SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ..........................................................................................6
2.1 Sonlu Elemanlar Yönteminin Tarihi ve Gelişimi..........................................7
2.2 Sonlu Elemanlar Yöntemi Teorisi ve Matematiksel Temeli......................10
2.2.1. Kütle Matrisi:.....................................................................................15
2.2.2 Katılık Matrisi.....................................................................................16
2.2.3 Sönüm Matrisi...................................................................................16
2.3 Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Statik, Titreşim ve Dinamik Analiz..............16
2.3.1 Statik Analiz.......................................................................................17
2.3.2 Titreşim ve Dinamik Analiz................................................................17
2.4 Sonlu Elemanlan Yönteminin Gemi İnşa Sektöründe Kullanımı...............20
2.4.1 Global ve Lokal Mukavemet Analizleri......................................................20
2.4.2 Ağırlık Optimizasyonu...............................................................................21
iv
2.4.3 Burkulma Analizleri...................................................................................21
2.4.4 Yorulma Analizleri.....................................................................................22
2.4.5 Özel Yapıların Analizleri............................................................................22
2.5.5.Titreşim Analizleri.....................................................................................24
2.4.6 Diğer Uygulamalar....................................................................................24
BÖLÜM 3
ANALİZE HAZIRLIK VE MODELLEME................................................................................25
3.1 Birimler......................................................................................................26
3.2 Sonlu Elemanlar Modeli Koordinat Sistemi..............................................26
3.3 Malzeme Özellikleri...................................................................................27
3.4 Kullanılacak Elemanlar..............................................................................28
3.4.1 Shell 181 Elemanı..............................................................................28
3.4.2 Beam 188 Elemanı.............................................................................29
3.4.3 MPC 184 Elamanı...............................................................................29
3.4.4 Mass 21 Elemanı................................................................................30
3.5 Analizler İçin Tasarlanan Tam Gemi Modeli.............................................33
3.6 Analiz Bölgesinin Tayini ve Detay Modeli.................................................34
3.7 Faundeyşın Tasarım ve Sonlu Elemanlar Modeli Oluşturma Prosesleri...40
3.8 Faundeyşının Modellenmesi.....................................................................41
3.9 Sahte Silahın Modellenmesi......................................................................43
3.10 Nihai Sonlu Elemanlar Modeli..................................................................45
3.11 Nihai Sonlu Elemanlar Modelinin Sınır Koşulları ......................................46
BÖLÜM 4
YÜKLERİN BELİRLENMESİ................................................................................................47
4.1 Gemi Hareketlerinden Kaynaklı Yüklerin Hesabı......................................48
4.2 Su Basıncı Yüklerinin Hesabı.....................................................................50
4.3 Ateşleme Tepki Kuvveti Yükü....................................................................50
4.4 Boyuna Mukavemetten Gelen Yükler.......................................................51
4.5 Yüklerin Toplu Gösterimi..........................................................................52
4.6 Uygulanacak Yükleme Senaryoları............................................................53
BÖLÜM 5
YARI-STATİK MUKAVEMET ANALİZLERİ..........................................................................55
5.1 Yükleme Durumu-1...................................................................................56
5.2 Yükleme Durumu-2...................................................................................60
5.3 Yükleme Durumu-3...................................................................................64
5.4 Yükleme Durumu-4...................................................................................67
5.5 Yükleme Durumu-5...................................................................................71
5.6 Yükleme Durumu-6...................................................................................75
5.7 Yükleme Durumu-7...................................................................................79
5.8 Yükleme Durumu-8...................................................................................84
BÖLÜM 6
v
MODAL ANALİZ...............................................................................................................88
6.1 Modal Analiz Metodu ve Sonuçları............................................................90
6.2 Mod Şekilleri, Deformasyon ve Gerilme Değerleri....................................91
6.3 Serbest Cisim Diyagramı İle BV-1040’a Göre Rezonans Kontrolü..............99
BÖLÜM 7
SONUÇ VE ÖNERİLER....................................................................................................103
7.1 Sonuçların Değerlendirilmesi...................................................................103
7.1.1 Yarı-Statik MukavemetAnalizlerinin Değerlendirilmesi......................103
7.1.2 Modal AnalizSonuçlarının Değerlendirilmesi......................................105
7.2 Devam Edecek Çalışmalar İçin Değerlendirmeler....................................107
7.2.1 TopBağlantı Cıvatalarının Kontrolü................................................107
7.2.2 SuAltı Patlama Şokuna Dayanım....................................................108
7.2.3 Burkulma Analizi.............................................................................108
7.2.4 Harmonik Analiz..............................................................................108
KAYNAKLAR...................................................................................................................110
ÖZGEÇMİŞ.....................................................................................................................112
vi
SİMGE LİSTESİ
[C] Sönüm Matrisi
[K] Katılık Matrisi
[M] Kütle Matrisi
az “z” eksenindeki ivme
ay “y” eksenindeki ivme
ax “x” eksenindeki ivme
F-rec Ateşleme Tepki Kuvveti
Fs GemiGenişliği Doğrultusunda Gelen Kuvvetler
Ff Gemi Boyu Doğrultusunda Gelen Kuvvetler
azr “z” eksenindeki azaltılmış ivme
ayr “y” eksenindeki azaltılmış ivme
axr “x” eksenindeki azaltılmış ivme
vii
KISALTMA LİSTESİ
ALLDOF Tüm Serbestlik Dereceleri
BP Baş Perde
CAD Bilgisayar Destekli Dizayn
Elev. Silah Namlusunun İrtifa Açısı
EM Eğilme Momenti
EMr Azaltılmış Eğilme Momenti
KP Kıç Perde
KK Kesme Kuvveti
KKr Azaltılmış Kesme Kuvveti
Train. Silah Namlusunun Dirisa Açısı
viii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa
Şekil 2. 1 Bir Su Üstü Savaş Gemisinin Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Yapılan Modal
Analizi Sonucu Tespit Edilen 2Düğüm Noktalı Dik Mod Şekli [21].............6
Şekil 2. 2 1980’li Yılların Ortasından Global Gemi Sonlu Elemanlar Modelleri [4].....9
Şekil 2. 3 Modern Bir Global Gemi Modeli Shell Eleman Yapısı [22]..........................9
Şekil 2. 4 Sonlu Elemanlar Analizinde Kullanılan Kübik Bir Katı (Solid) Eleman ve
Elemanı Oluşturan 8 Adet Node [23]……………………………………………………..12
Şekil 2. 5 Geometrik Model ve Sonlu Elemanlar Modeli [24]...................................12
Şekil 2. 6 Eleman ve Düğüm Noktası Yapısı [25].......................................................13
Şekil 2. 7 Mesnet Çeşitleri [26].................................................................................14
Şekil 2. 8 CAD Modeli ve Sonlu Elemanlar Modeli....................................................15
Şekil 2. 9 Kütle-Yay Sistemi [27]................................................................................19
Şekil 2. 10 Birinci ve İkinci Dikey Mod [7]...................................................................19
Şekil 2. 11 Global Gemi Modelinden Alınan Bir Bölgenin Gerilme Dağılımı [21]........20
Şekil 2. 12 Yapısal Boyutlandırma Optimizasyonu Yapılacak 1 VLCC’nin 3 Tankı [21]21
Şekil 2. 13 Dökme Yük Gemisi İçin Yapılan Burkulma Analizi [21]..............................22
Şekil 2.14 Direk Yapısındaki Deformasyonun Tespiti [21].........................................23
Şekil 2. 15 Silah Sistemi Faundeyşınının Analizi [21]..................................................23
Şekil 2. 16 Helikopter Platformu Analizi [21]..............................................................23
Şekil 3. 1 Koordinat Sistemi......................................................................................26
Şekil 3. 2 Malzeme Bilgisi Üst Görünüş.....................................................................27
Şekil 3. 3 Malzeme Bilgisi Alt Görünüş......................................................................28
Şekil 3. 4 Shell 181 Eleman Yapısı [28]......................................................................28
Şekil 3. 5 Beam 188 Eleman Yapısı [28]....................................................................29
Şekil 3. 6 MPC 184 Eleman Yapısı [28]......................................................................30
Şekil 3. 7 MASS 21 Eleman Yapısı [28]......................................................................30
Şekil 3. 8 Shell 181 Elemanlar...................................................................................31
Şekil 3. 9 Beam 188 Elemanlar..................................................................................32
Şekil 3. 10 MPC 184 Elemanlar...................................................................................32
Şekil 3. 11 Modellenen Gemi......................................................................................33
Şekil 3. 12 Topun Gemi Üzerine Entegre Edilmiş Hali.................................................34
Şekil 3. 13 Analizin Yapılacağı Kesitlerin Arası............................................................35
Şekil 3. 14 Analiz Bölgesinin CAD Modeli (Gemi Kıç Aynasında 44,4 m ve 49,5 m
Mesafadeki İki Perde ve Alt Güverte İle Sınırlandırılmıştır)......................35
ix
Şekil 3. 15 Bölüm 5’deki Yük Hesaplarında Kullanılacak Tam Gemi CAD Modeline Ait
Koordinat Sistemi [3].................................................................................36
Şekil 3. 16 Güverte, Borda ve Perdelerin Alan Görünümü (Kırmızı: 4 mm, Mavi: 5 mm,
Açık Mavi: 3 mm).......................................................................................37
Şekil 3. 17 Derin Elemanlar (Kırmızı:4 mm,Mavi: 5 mm,Açık Mavi:3 mm,Yeşil:8mm)38
Şekil 3. 18 Borda/Güverte Stringerleri, Alın Lamaları, Puntel ve Perde Stifnerleri....38
Şekil 3. 19 Tekne Analiz Bölgesinin Çizgi (line) görünümü..........................................39
Şekil 3. 20 Analiz Bölgesinin Mesh Edilmiş Eleman (Element) Görünümü.................39
Şekil 3. 21 Tipik Bir Top Faundeyşını [29]...................................................................42
Şekil 3. 22 Dizayn Aşamasında 125000 N Ateşleme Tepki Kuvveti İle Yapılan Bir Testde
Oluşan Gerilmeler......................................................................................42
Şekil3. 23 Dizayn Edilen Nihai Top Faundeyşını.........................................................43
Şekil 3. 24 Sahte Topun İç Yapısı ve Bağlantıları.........................................................44
Şekil 3. 25 Sahte Topun Sonlu Elemanlar Modeli.......................................................44
Şekil 3. 26 Nihai Modelin Üstten Alan Görüntüsü......................................................45
Şekil 3. 27 Nihai Modelin Alttan Alan Görüntüsü.......................................................45
Şekil 3. 28 Sınır Koşulları.............................................................................................46
Şekil 4. 1 Ateşleme tepki Kuvveti [4]........................................................................50
Şekil 4. 2 Dalga Çukuru Boyuna Mukavemet Eğrisi..................................................51
Şekil 4. 3 Dalga Tepesi BoyunaMukavemet Eğrisi....................................................52
Şekil 5. 1 Yükleme Durumu-1 Von-Misses Gerilme Dağılımı Alttan Görünüm (Max
Gerilme: 127 N/mm2)................................................................................56
Şekil 5. 2 Yükleme Durumu-1 XY Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme:38,5
N/mm2).....................................................................................................57
Şekil 5. 3 Yükleme Durumu-1 YZ Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme:43,5
N/mm2).....................................................................................................57
Şekil 5. 4 Yükleme Durumu-1 XZ Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme:36,1
N/mm2).....................................................................................................58
Şekil 5. 5 Yükleme Durumu-1 En Yüksek Gerilme Değerlerinin Olduğu Braketler...58
Şekil 5. 6 Yükleme Durumu-1 Toplam Deformasyon 1.............................................59
Şekil 5. 7 Yükleme Durumu-1 Toplam Deformasyon................................................59
Şekil 5. 8 Yükleme Durumu-1 Rotasyonal Bileşke Deformasyon..............................60
Şekil 5. 9 Yükleme Durumu-2 Von-Misses Gerilme Dağılımı Alttan Görünüm (Max
Gerilme: 118,5 N/mm2)............................................................................60
Şekil 5. 10 Yükleme Durumu-2 Von-Misses Gerilme Dağılımı Üstten Görünüm (Max
Gerilme: 118,5 N/mm2)............................................................................61
Şekil 5. 11 Yükleme Durumu-2 XY Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme: 31,25
N/mm2).....................................................................................................61
Şekil 5. 12 Yükleme Durumu-2 YZ Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme: 37,5
N/mm2).....................................................................................................62
Şekil 5. 13 Yükleme Durumu-2 XZ Doğrultusu Kesme Gerilmesi (Max Gerilme: 25,3
N/mm2).....................................................................................................62
Şekil 5. 14 Yükleme Durumu-2 Toplam Deformasyon................................................63
Şekil 5. 15 Yükleme Durumu-2 Rotasyonel Bileşke Deformasyon..............................63
Şekil 5. 16 Yükleme Durumu-3 Von-Misses Gerilme Dağılımı Üstten Görünüm (Max
Gerilme: 117,2N/mm2).............................................................................64
x