Ultimate limit state design assessment and recommendation comments for offshore crane foundation
Açık deniz kreyn fandeyşını için nihai limit durum tasarımı değerlendirmesi ve tavsiye açıklamaları
- Tez No: 555681
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ÖZGÜÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deniz Bilimleri, Gemi Mühendisliği, Marine Science, Marine Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Açık Deniz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Son yıllarda, yapısal bütünlük kazalarına ilişkin gemi kazaları devam etmektedir. Nihai sınır durum tasarımı yaklaşımı, bu olası yapısal kazalara karşı mevcut yöntemlerden biridir. Buna baglı olarak, bu tezin amacı açık deniz vinç takviye yapısının güvenliğini sağlamaktır. Geminin tasarımı Skipsteknik A/S'ye aittir ve açık deniz vinç takviye ˘ yapıları için tasarımları perdelerin dayanımına bağlı olarak yapılmıştır. Açık deniz ˘ vinç temelinin hesaplamaları, DNV-GL'nin yazılımı olan GeniE'de Skipsteknisk A/S tarafından yapılmıştır. Bu durum için yaklaşımımız, ULS tasarımının daha etkili bir çözüm yöntemi olması nedeniyle ANSYS Workbench yazılımında akma ve burkulma modlarını içeren nihai limit durum analizini uygulamaktır. Açık deniz vinci reaksiyon kuvvetleri, hidrostatik kuvvetler ve geminin boyuna momentleri olan yüklerin kombinasyonu uygulanmıştır. Ayrıca, sonlu elemanlar modeli genişletilmiş detaylarla modellenmiştir. Kısaca, açık deniz vinci fandeyşın analizi genişletilmiş yaklaşımla uygulanmış ve ortaya çıkan kritik hatalı bölgeler iyileştirilerek güncellenmiştir. Öncelikle analizle ilgili kararlar ve stratejiler belirlenmeden önce açık deniz kreyn ekipmanın yapısı, tedarikçi firmadan elde edilen bilgiler ve ekipmanın gemi genel yerleşimi irdelenmelidir. İlgili açık deniz kreyni mafsallı yük kolu tipindedir. Bu kreyn ana yük kolu, uzatma yük kolu, gövde ve temel kaideden oluşmaktadır. Yüksek yük kapasiteli oluşu, geniş boyutlu oluşu, geniş açılarda ve geniş pozisyonlarda operasyon yapma kabiliyetine sahip oluşu temel özellikleridir. Ekipman tedarikçisinden gelen bilgilere göre ekipman aktif dalıp-çıkma dengeleme sistemine sahiptir ve“DNV Standard of Certification No.2.22, Lifting Appliances”dizayn koduna göre tasarlanmıştır. Ayrıca, ekipmanın hangi sıcaklık ve rüzgar hızlarına karşı dizayn edildiği bilgileri de belirtilmiştir. Tez konusu olan analiz için ise ekipman parçalarının ağırlık merkezi ve hangi kaldırma mesafelerinde kaç ton yük kaldırabileceği bilgileri temel olarak irdelenmiştir. Son olarak ekipmanın gemi yerleşimi için gerekli olan en az iki güverte tarafından desteklenmesi gerektiği ve yerleşimde buna dikkat edildiği belirtilmiştir. Yapısal analiz gerçekleştirilmeden önce ilgili geminin DNV-GL kurallarına göre tasarlandığı göz önünde bulundurularak analiz için“Class Guideline-Finite Element Analysis”ve“Standard for Offshore and Platform Lifting Appliances”kural kitapçıklarının değerlendirilmesi ve analiz için hangi kurallara uyulması gerektiği incelenmiştir.“Standard for Offshore and Platform Lifting Appliances”kural kitabı ekipmanın üretimini ilgilendiren kurallar barındırmaktadır ve burada rüzgar yükü hesaplamalarının ve dinamik faktörü ekipman dizayn sürecinde dikkate alındığı görülmüştür ve analiz için hesaplamalarımıza eklememize gerek olmadığı anlaşılmıştır.“Class Guideline-Finite Element Analysis”kitapçığında ise hangi analizler için ne tipte methodlarla yapısal analizin sonlu elemanlar programında gerçekleştirilmesi gerektiği değerlendirilmektedir. Yapısal analizimiz için kısmi yapısal analiz metodunun uygulanması gerektiği ortaya çıkmıştır. Geminin boyuna momentinin uygulanacak olması ve ekipmanın reaksiyon yüklerinin büyüklüklerinin fazla olması sebebiyle bu metod analiz için uygun görülmüştür. Analiz için açık deniz kreyni ile ilgili temel bilgilerin ve dikkat edilecek kurallardan sonra uygulayacak olduğumuz nihai limit durum analizimizin temel teorisi açıklanmıştır. Bu analizin teorisi yapının rijitlik ve mukavemet sebepleriyle yıkılması durumuna dayanmaktadır. Bu analiz gemi yapısına uygulanan global ve lokal yüklerinin kombinasyonlarının temeliyle yapıyı gerçek dizayn güvenlik marjinine çekerek daha gerçekçi bir yol izleyerek yapının daha ekonomik dizayn edilmesini sağlamayı amaçlamaktadır. Yük kombinasyonu olarak açık deniz kreyninin reaksiyon kuvvetleri ve geminin boyuna momentleri analize uygulanması öngörülmüştür. Bu yük kombinasyonlarının uygulanmasının akabinde gerilme ve burkulma sonuçları değerlendirilmiştir. Genel olarak gerilme ve burkulma sonuçlarının teorisi ve değerlendirme felsefesinin nasıl olduğu açıklanmıştır. Son olarak gemide hangi tipte burkulmaların olduğu da belirtilmiştir. Sonlu elemenlar analizi için temel yapı olarak gemi perdeleri ve derin elemanlar için shell elemanlar, gemi profilleri ve flançler için beam elemanlar kullanılmıştır. Tüm yapı yapısal çelik olarak inşa edildiği için çelik özellikleri malzeme olarak programa girilmiştir. Modelleme metodu olarak geminin ilgili yüklere mukavemet ve rijitlik sağlayacak yapılarının modellenmesi gerektiği belirtilmiştir. Bunlar; güverte plakaları, dış kabuk, kreyn temel kaidesi, stringerler, plaka profilleri, büyük çaplı braketler ve açıklıklardır. Geminin modeli öncelikli olarak Rhinoceros programında modellenmiştir. Daha sonra Spaceclaim programında analiz için hazır hale getirilip Ansys Workbench ortamına aktarılmıştır. NURBS temelli modellemeler basitleştirilmiştir ve tüm model 1895 parçadan oluşmuştur. Modelin başlangıç ve bitişi boyuna olarak perdeler arasında genişlemesine ve dikey olarak tüm gemi yapısı olarak modellenmesi genel mukavemet ve analiz prensipleri doğrultusunda uygun görülmüştür. Yapının boyutlandırılması daha önce hesaplamasının yapıldığı göz önüne alınarak gemi blok çizimleri ve fandeyşın çizimlerindeki gibi uygulanmıştır. Nihaiyi durum analizi uygulamasıyla birlikte hangi eksik boyutların olduğu ortaya çıkmış olacaktır. Sonlu elemanlar analizi hesaplamasının güvenilirliği ağ örgüsünün düzgünlüğüne bağlıdır. Bunun için ağ elemanların hangi özellikleri ve taşıması gerektiği de belirtilip yapılan modelimizin bunlara uygunluğu ortaya konulmuştur. Ağ kalitesini aspect ratio, jacobian ratio, warping ratio, parallel deviation, skewness ve maimum corner deviation ölçütleri ışığında yeterli olduğu görülmüştür. Sınır koşulu olarak geminin genişlemesine olarak sadece sancak tarafı modellendiği için gemi merkezine ait olan kesite simetri sınır koşulu uygulanmıştır ve model tam genişlik olarak hesaplanmıştır. Modelin kıç tarafındaki kesite x, y ve z eksenlerinde yer değiştirmesi engellenmiştir ve sadece bu eksenlerde dönmelerine müsaade edilmiştir. Modelin baş tarafındaki bitiş kesitine ise geminin boyuna mukavemet momenti girilmiştir. Ayrıca, yapısal ağırlık eklentisi de modelde belirtilmiştir. Gemi modelinin kabuk kısmına gemi draft değeri göz önüne alınarak hidrostatik basınç uygulanmıştır. Geminin boyuna eğilme momentlerinde statik ve dinamik etkiler dahil olarak bulunmaktadır. Yükleme için son olarak açık deniz kreyninin reaksiyon kuvvetleri girilmiştir. Bu kuvvetler dinamik faktör dahil olduğu için herhangi bir faktör ile bu değerler büyültülmemiştir. Kreynin yük kolunun 90ar derecelik açılarla 4 farklı durumda ve geminin yüzer haldeki dalga çukuru ve dalga tepesi olmak üzere 2 farklı durumda bulunacağı göz önüne alınarak toplamda 8 yükleme durumda analizin gerçekleştirilmesi uygun görülmüştür. Gerilme sonuçlarının alınması her bir yükleme durumu için 12 dakika sürmüştür. Çökme değerlerinin ekipmanın operasyonları açısından bir sakıncası olamayacak marjlarda olduğu görülmüştür. Gerilme sonuçları için değerlendirme kriteri olarak yüksek gerilme mukavemetine sahip olan malzemeler için 238 MPa ve normal gerilme mukavemetine sahip malzemeler için 158 MPa olması DNV-GL kriterlerine göre belirlenmiştir. Böylece gerilme kriterine uyum sağlamayan 4 braket, 3 açıklık köşesi ve 1 boyuna döşek yapısı saptanmıştır. Burkulma analizi değerlendirmesi ise 75 dakika sürmüştür. Analiz üç ayrı modda incelenmiştir ve negatif yük çarpanı yükleme durumlarının varlığından dolayı yoksayılmıştır. Değerlendirme kriteri olarak burkulmaları için elde edilen yük çarpanlarının 1.5'i geçmemesi gerektiği belirlenmiştir. 6 ayrı kritik bölge stifnerler arasındaki plakalarda oluştuğu gözlemlenmiştir. Gerilme analizi sonucu ortaya çıkan kritk bölgeler insört plakalar ve yüksek mukavemet gerilme değerine sahip çelikler kullanılarak iyileştirilmesi stratejisi uygulanmıştır. Bunun strateji ile birlikte yapılan iyileştirmeler ilgili bölgelerde teknik resimler aracılığıyla gösterilmiştir. Burkulma analizi sonucunda oluşan kritik lokasyonlar plakaların burkulma stifnerleri aracılığıyla rijitliğinin arttırılması sağlanarak iyileştirmeleri tamamlanmıştır. Bu lokasyonlar için uygulanan iyileştirmeler yine teknik resimler üzerinde belirtilmiştir ve bunun sonucunda oluşan yeterli sonuçlar ortaya konmuştur. Genel olarak toparlanırsa, sonlu elemanlar modellemesi için açık deniz vinç fandeyşınının mevcut tasarımı kullanılmış ve ULS tasarımının uygulanmasından sonra ortaya çıkan sorunlu lokasyonlar değerlendirilmiştir. İlk olarak, açık deniz vincinin yapısının ana bileşenleri, tedarikçi doküman detayları ve güverte yerleşimi gösterilmiştir. İkinci olarak, DNV-GL ile ilgili kriterler ve uygulama yöntemleri analiz bölümü için DNV-GL kuralları kısmında irdelenmiştir. Daha sonra, ULS temellerinin teorisi ve ULS için akma ve burkulma teorileri belirtilmiştir. Daha sonra, sonlu elemanlar analizinin ön analiz aşamasında eleman ve malzeme tanımlamaları, modelleme metodu, model kapsamı ve boyutlandırma, ağ örme metodu ve a ˘ g örme kontrolleri, sınır şartları, yük uygulaması, yükleme durumları ve analiz sonuçları her bir detayı ile tanımlanmıştır. Son olarak, akma ve burkulma dayanımı sonuçlarının değerlendirilmesinden sonra revize edilmiş gemi yapısal çözümleriyle birlikte tavsiye açıklamaları yapılmıştır. Tavsiye açıklamaları, 8 farklı akma durumu ve 6 farklı burkulma durumu revizyonundan oluşmaktadır.
Özet (Çeviri)
In recent years, there is still ship incidents regarding structural integrity failures. Ultimate limit state design approach is one of the current method against these possible structural failures. Correspondingly, aim of this thesis is safety assurance of offshore crane reinforcement structure. The design of the ship belongs to Skipstekniks A/S and their design for offshore crane reinforcement structure is based on strength of the bulkheads. Calculations of offshore crane foundation are generated by Skipsteknisk A/S in GeniE which is software of DNV-GL . Our approach for this case is applying ultimate limit state analysis which includes yielding and buckling failure modes in ANSYS Workbench software due to the fact that ULS design is more effective solution method. Combination of the loads is applied which are offshore crane reaction forces, hydrostatic forces and longitudinal moments of the ship. Also, finite element model is modelled with extended details. Briefly, offshore crane foundation analysis is applied with extended approach and emerged critical failures are recovered with upgraded solutions. In this study, existing design of offshore crane foundation are used for the finite element modelling and resultant failures after application of ULS design are assessed. Firstly, structure of offshore crane is indicated with its main components, supplier document details and deck arrangement. Secondly, related criterias and applications methods of DNV-GL are indicated in DNV-GL rules for the analysis section. Then, theory of ULS design basis and related failure modes for ULS which are yielding and buckling theories are specified. After that, in pre-analysis stage of the finite element analysis element and material descriptions, modelling method, model extent and scantling, meshing method and mesh checks, boundary conditions, load application, loadcases, and analysis results are determined with every detail. Lastly, recommnendation comments with revised ship structural solutions are completed after the assessment of yielding and buckling strength results. Recommendation comments consist of 8 different yielding failure and 6 diffrent buckling failure recoveries.
Benzer Tezler
- Tünel kazılarında oluşan solunabilir tozun etüdü
Respirable dust generation in Tünnel excavetions
ATAÇ BAŞÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ERDİL AYVAZOĞLU
- Mevcut betonarme bir binanın güçlendirme öncesi ve sonrası deprem güvenliğinin belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
MERTER GÜRGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÖZER
- Mevcut betonarme yapıların deprem performanslarının belirlenmesi ve viskoz akışkanlı sönümleyiciler ile güçlendirilmesi için artımsal analize dayalı bir algoritma
An algorithm based on incremental analysis to evaluate performance and retrofit with viscous dampers of existing reinforced conrete structures
YAVUZ DURGUN
Doktora
Türkçe
2013
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÖZER
- A holistic decision support tool for facade design
Cephe tasarımı için bütüncül bir karar destek aracı
SİNEM KÜLTÜR
Doktora
İngilizce
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE NİL TÜRKERİ
PROF. DR. Ulrich KNAACK
- Kompozit yüksek bir yapının deprem performansının zaman tanım alanında doğrusal olmayan yöntem kullanılarak belirlenmesi
Seismic evaluation of a composite high-rise building based on nonlinear dynamic time history analysis
GÖKHAN ŞENOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARLAS ÖZDEN ÇAĞLAYAN