Vibration control of offshore structures using deep learning prediction methods
Açık deniz yapılarının titreşimlerinin derin öğrenme algoritmaları ile kontrolü
- Tez No: 733472
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CİHAN BAYINDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Hidrolik ve Su Kaynakları Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
Yapılar tarih boyunca pek çok ihtiyacı karşılamak ve insanlığın gelişimine katkı sağlamak için inşa edilmişlerdir. Bazı yapılar insanların barınabilmesi için inşa edilmişken bazıları insanların çalışma faaliyetlerini yerine getirmek, kültürel, spor ve benzeri alanlarda çalışmaların yapılmasına olanak sağlamak için inşa edilmiştir. Kullanım amacı da inşa edildiği bölgeye göre değişebilen yapılar sayesinde insanlığın gelişimi için pek çok faaliyet yapılabilmektedir. İnsanlık tarihinin özellikle son zamanlarında petrol ve doğalgaz gibi doğal kaynakların kullanımı artmaktadır. Bu gelişim doğrultusunda kullanılan doğal kaynaklar ilk olarak karadan çıkarılmaya başlanmıştır. Karadan çıkarılan doğal kaynaklar sayesinde insanların ihtiyaçları karşılanmış ve yaşam standartlarının zamanla arttığı görülmüştür. Ancak zaman içerisinde doğal kaynaklara karşı talebin artması sonucunda insanlık daha önceden keşfetmediği noktalarda da araştırmalar yapmaya ihtiyaç duymuştur. İlk zamanlarda eldeki imkanlar doğrultusunda kıyıya yakın noktalarda araştırmalar yapılmış doğal kaynakların bulunduğu bölgelere çeşitli yapılar inşa edilmiş ve buradan elde edilen kaynaklar kullanılmaya başlanmıştır. Zaman ilerledikçe çeşitli alanlarda yaşanan gelişmelerin artmasıyla beraber imkanların arttığı, bunun sonucunda okyanus ve deniz gibi kıyı bölgesinden daha derin noktalarda da kaynakların bulunduğu tespit edilmiştir. Açık denizlerde tespit edilen kaynakların elde edilebilmesi için açık deniz yapıları adı verilen yapılar açık denizlerde inşa edilmiştir. Bu imkanların artmasına teknolojik gelişmelerin oluşması, çeşitli alanlar üzerinde yapılan çalışmalar sonucunda teknik bilginin geliştirilmesi ve uygulanacak olan iş gücünün gelişmesi örnek verilebilir. Açık deniz yapıları üç alt bölüm altında tanımlanabilir. Bunlar sırasıyla sabit platformlar, uyumlu platformlar ve yüzen platformlardır. Bu yapıların kullanılmasıyla birlikte kullanıldığı bölgeden elde edilen doğalgaz, petrol gibi doğal kaynakların, açık deniz yapılarının kullanım fonksiyonlarına göre üretildiği, elde edildiği, depolandığı ve aktarıldığı görülmektedir. Ayrıca doğal kaynakların tespiti için sondaj çalışmaları da yapılabilmektedir. Bu sayede sektörel olarak, insan yaşamı ve gelişimi için gerekli olan doğal kaynakların temin edilebildiği görülmektedir. Açık deniz yapıları kullanım amacına göre son derece önemli yapılar olduğu için gerekli olan teknik bilginin dizayn ve analiz edilirken kullanılması son derece kritiktir. Ayrıca yapının kullanım süresi boyunca kendisinden beklenen şartları sağlaması gerekmektedir. Ancak karada inşa edilen yapılardan farklı olarak farklı çevre koşullarına maruz kaldığı için tasarlanırken ve inşa edilirken dikkat edilmesi gereken noktaların farklı olduğu görülmektedir. Karadaki yapılardan farklı olarak dalga, akıntı kuvvetine ve buzul yüküne maruz kalmaktadır. Ayrıca daha önce söz edilen uyumlu ve yüzen yapıların sabit yapıların aksine bulunduğu bölgede zeminle olan bağlantısı farklı olduğu için dizayn edilirken bu faktörün de göz önünde bulundurulması son derece önemlidir. Bu şartlar altında açık deniz yapısında titreşimin oluştuğu görülmektedir. Ayrıca deprem yükü, ölü yük, rüzgar yükü ve yapıda yapılan çalışmalar sonucunda oluşan yüklerin de titreşim oluşmasına etkisi olmaktadır. Açık deniz yapılarında oluşan titreşim yapının dengede durmasını engeller. Dengenin bozulması sonucunda yer değiştirme yaparak yapının kullanım fonksiyonun yerine getirmesi zorlaşmaktadır. Kullanım amacından farklı olarak titreşimin olması sonucunda oluşan yer değiştirme nedeniyle yapıda çalışan insanların güvenliği ve konforu da olumsuz etkilenebilmektedir. Bahsedilen nedenler doğrultusunda literatürde yapılan çalışmalara bakıldığında açık deniz yapılarında oluşan titreşimi kontrol altına alabilmek için çeşitli yöntemlerin geliştirildiği görülmüştür. Yapılan araştırmalar yükleme durumlarına göre farklı sistemler geliştirerek oluşan titreşimin kontrol altına alınabildiğini göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre titreşim kontrolünün hem ekonomik hem de güvenlik açısından fayda sağladığı görülmüştür. Ekonomik olarak yapıda oluşan titreşimin kontrol edilmesiyle birlikte hasar oluşumu engellenecek ve yapının kullanım fonksiyonuna sorunsuz bir şekilde devam edilebilecektir. Ayrıca can güvenliğinin ve çalışma konforunun alınan önlemler ve geliştirilen yaklaşımlar doğrultusunda korunduğu görülmektedir. İnşa edilen yapının türüne göre bu dengeyi sağlama şekilleri farklıdır. Titreşim kontrolü için geliştirilen sistemlere bakıldığında başlangıçta güvenilir, basit ve kontrol edilemeyen sistemler olduğu görülmektedir. Zamanla çeşitli alanlarda yaşanan gelişmeler nedeniyle kontrol sistemlerinin daha karmaşık olduğu ancak kontrol kapasitesinin arttığı gözlemlenmiştir. Yine de geliştirilen kontrol sistemlerinin de sahip olduğu dezavantajların olduğu yapılan çalışmalar sonucunda görülmüştür. Son zamanlarda yaşanan gelişmelerden biri de yapay zeka alanında gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar neticesinde daha fazla verinin depolanabilmesi, teknolojik olarak daha fazla işlem yapabilen donanımların geliştirilmesi ve algoritmaların geliştirilmesi sayesinde geçmişe göre yapay zeka çalışmalarının daha iyi sonuç verdiği görülebilmektedir. İnsanın öğrenme sürecini taklit ederek işlemlerini gerçekleştiren yapay zekanın alt dallarından biri olan derin öğrenme sayesinde pek çok alanda başarılı sonuçlar elde edildiği görülmektedir. Bu alanlardan bazıları bilgisayar görüsü, doğal dil işleme, müşteri ilişkileri yönetimidir. Ayrıca zaman serisi tahmininde de etkili sonuçlar verdiği görülmüştür. Zaman serisi analizi alanında yapılan çalışmalar sayesinde daha önceki zamanlarda ve mevcut zamana ait olan bilgiler kullanılarak geleceğe yönelik tahmin yapılabilmektedir. Bu sayede finans, ekonomi, planlama alanlarında başarılı sonuçların elde edildiği görülmektedir. Geleceğe yönelik tahminlerin yapılabilmesi sayesinde mevcut durumun planlanmasında ve organize edilmesine fayda sağlayabilmektedir. Derin öğrenme kullanılarak yapılan zaman serisi tahmini finans, ekonomi, planlama alanlarında olduğu gibi hidrolik ve kıyı mühendisliğinde de yapılabilmektedir. Kıyı mühendisliği alanında açık deniz yapılarına etki edebilecek olan dış kuvvetlerin tahmin edilmesi kıyı planlaması için son derece faydalı olabilir. Bu çalışmamızda açık deniz yapısına etki eden dalga kuvvetleri derin öğrenme algoritması kullanılarak tahmin edilip sisteme geri besleme olarak verilerek oluşan yer değiştirmenin azaltılması amaçlanmıştır. Bunun için öncelikle uygulanacak olan hesaplamalı çözüm yöntemi analitik çözüm yöntemiyle karşılaştırılmıştır. Daha sonra teorik olarak oluşturulmuş sisteme etki eden tek zamanlı Morison dalga kuvveti Morison denklemi kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan dalga kuvveti LSTM algoritması kullanılarak tahmin edilmiştir. Tahmin edilen dalga kuvveti sisteme geri besleme olarak verilmiştir. En son çalışmada ise sistemin gerçekçi bir şekilde değerlendirilebilmesi için dalga spektrumu kullanılarak dalga sahası oluşturulmuştur. Dalga sahasının tam ortasına teorik olarak yerleştirilmiş tek ayaklı betonarme yapıya etki eden çok zamanlı Morison dalga kuvveti derin öğrenme algoritmalarından biri olan LSTM algoritması kullanılarak tahmin edilmiştir. Tahmin edilen çok zamanlı Morison dalga kuvveti sisteme geri besleme olarak uygulanmaştır. Elde edilen sonuçlar titreşim kontrolünün başarılı bir şekilde gerçekleştirilip gerçekleştirilemediği üzerinden tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
The structures have been built throughout history to meet many needs and contribute to the development of humanity. While some structures were built to accommodate people, some were built to fulfill people's work activities and allow activities in cultural, sports, and similar areas. Many activities can be done to develop humanity, thanks to the structures whose purpose of usage can change according to the region where they are built. The use of natural resources such as oil and natural gas has increased, especially in recent times in human history. In line with this development, natural resources were first extracted from the land. With the natural resources extracted from the land, the needs of the people have been met, and it has been seen that the living standards have increased over time. However, due to the increase in demand for natural resources over time, humanity needed to conduct research at points that it had not discovered before. In the early days, research was done at points close to the coast in line with the possibilities. Various structures were built in the regions where natural resources were found, and the resources obtained from there were started to be used. As time progresses, it has been determined that the opportunities have increased, and as a result, there are resources at deeper points than the coastal region, such as the ocean and sea. In order to obtain the resources identified in the open seas, structures called offshore structures were built. Examples of the increase in these opportunities are the development of technological, technical, and workforce development. Offshore structures can be defined under three subsections. These are fixed platforms, compliant platforms, and floating platforms. With the use of these structures, natural resources such as natural gas and oil obtained from the region where they are used are produced, stored, and offloaded according to the usage functions of the offshore platforms. In addition, drilling studies can be carried out to determine natural resources. In this way, it is seen that the natural resources necessary for human life and development can be provided sectorally. Since offshore structures are important for their intended use, it is extremely critical to use the necessary technical information while designing and analyzing them. In addition, the structure must meet the conditions expected from it throughout its usage period. However, unlike the structures built on land, it is seen that the points to be considered while designing and constructing are different because they are exposed to different environmental conditions. Unlike structures on land, the wave is exposed to current force and glacial load. In addition, it is highly important to consider this factor when designing, since the previously mentioned harmonious and floating structures, unlike fixed structures, have a different connection with the ground in the region they are located. Under these conditions, it is observed that vibration occurs in the offshore structure. Earthquake load, dead load, wind load and the loads formed as a result of the work done on the structure also affect the formation of vibration. Vibration in offshore structures prevents the structure from standing in balance. As a result of the deterioration of the balance, it becomes difficult for the structure to fulfill its usage function by displacement. Unlike the intended use, the safety and comfort of the people working in the structure may also be adversely affected due to the displacement that occurs as a result of vibration. Considering the studies in the literature in line with the reasons mentioned, it has been seen that various methods have been developed to control the vibration that occurs in offshore structures. Researches have shown that the vibration can be controlled by developing different systems according to the loading conditions. According to the results obtained, it has been seen that vibration control provides benefits both in terms of economy and safety. By controlling the vibration that occurs in the structure, possible damage will be prevented, and the usage function of the structure can be continued without any problems. In addition, it is seen that safety and working comfort are protected in line with the measures taken, and the approaches developed. Depending on the type of structure being built, the ways of achieving this balance are different. When the systems developed for vibration control are examined, it is seen that they are reliable, simple, and uncontrollable systems at the beginning. Over time, it has been observed that the control systems are more complex due to the developments in various fields, and the control capacity has increased. However, it has been seen from the studies that the developed control systems also have disadvantages. One of the most recent developments has taken place in artificial intelligence. It is seen that artificial intelligence studies give better results than in the past, thanks to the storage of more data, the development of hardware that processes more, and the development of algorithms. Thanks to deep learning, which is one of the sub-branches of artificial intelligence that performs its operations by imitating the learning process of human beings, it is seen that successful results have been obtained in many areas. These areas are, for instance, computer vision, natural language processing, customer relationship management. In addition, it has been seen that it gives effective results in time series forecasting. Thanks to the studies carried out in time series analysis, it is possible to forecast the future by using the information belonging to the previous times and the current time. In this way, it is seen that successful results have been achieved in finance, economy, and planning. Thanks to the ability to forecast for the future can benefit the planning and organization of the current situation. Time-series forecasting using deep learning can be done in hydraulics and coastal engineering as well as in finance, economics, planning. In coastal engineering, forecasting external forces that may affect offshore structures can be extremely useful for coastal planning. This study it is aimed to reduce offshore platform's vibration parameters the displacement caused by forecasting the wave forces affecting the offshore structure using a deep learning algorithm and giving feedback to the system. For this purpose, the numerical solution to be applied is compared with the analytical solution as a benchmark problem. Then, the monochromatic Morison wave force acting on the theoretically constructed system was calculated using the Morison equation. The calculated wave force was forecasted using the long short term memory (LSTM) algorithm. The forecasted wave force is given as feedback to the system. In the last study, the wave field was created using the wave spectrum to evaluate the system realistically. Theoretically, the multichromatic Morison wave force acting on the Draugen platform placed in the middle of the wave field was forecasted using the LSTM algorithm. The forecasted multichromatic Morison wave force is applied to the system as feedback. The obtained results are discussed over whether the vibration control can be performed successfully or not.
Benzer Tezler
- Sualtı araçlarından yayılan titreşim kaynaklı gürültünün sonlu eleman-sınır eleman metoduyla analizi
Vibro-acoustic analysis of underwater structures using finite and boundary element methods
BURAK ÜSTÜNDAĞ
Doktora
Türkçe
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ERGİN
PROF. DR. BAHADIR UĞURLU
- Depreme dayanıklı yapı tasarımında aktif kontrolünün kullanılması
Active control for earthauake resistant structural design
ÜNAL ALDEMİR
- Deprem etkisindeki yapıların aktif kütle sönümleyici ve aktif kiriş kontrol sistemleri ile korunması
Active mass damper and active tendon control for earthquake excited structures
MUSTAFA MELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. NECMETTİN GÜNDÜZ
- Kazıkların davranışlarının sonlu elemanlar metodu ile belirlenmesi
Başlık çevirisi yok
ZEKİ HANAVDELOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. ATİLLA ANSAL
- Rüzgar etkisi altında çerçeve yapıların ayarlı kütle sonümleyicileri ile kontrolü
Control of frame structures with mass submissions under the impact of wind
MOHAMED CONDE
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN MELİH NİGDELİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA ÖNCÜ DAVAS