Numerical modelling of wave forces acting on circular piles
Dairesel kazıklar üzerine etki eden dalga kuvvetlerinin sayısal modellenmesi
- Tez No: 749494
- Danışmanlar: PROF. DR. SERDAR BEJİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Deniz Bilimleri, İnşaat Mühendisliği, Marine Science, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Açık Deniz Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Açıkdeniz endüstrisi gün geçtikçe önem kazanmakta ve bu endüstridekien yaygın kullanım alanına sahip olan kazık yapılarının davranışlarının incelenmesi inanılmaz büyük önem arz etmektedir. Bu yapılar inşası pahalı yapılardır. Bu sebeple uygulamadan önce bütün sonuçların değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu noktada, fiziksel modeler tasarımcıların işlerini büyük ölçüde kolaylaştırmakta ve tasarımlarını optimize etmelerinde büyük fayda sağlamaktadır. Ancak, fiziksel modeler maliyet ve zaman açsından büyük engeller teşkil edebilirler. Bu maliyet ve zaman kaybı sayısal modeller aracılığıyla büyük ölçüde azaltılabilmektedir. Ek olarak, sayısal modellerin karmaşık yapıların tasarımında büyük bir esneklik sağlaması oldukça dikkate değerdir. Ancak sayısal modeller fiziksel deneyler ile uyumlu sonuçlar vermek zorundadır. Aksi takdirde yarattığı büyük esneklikler geri döndürülemez sonuçlara da sebebiyet verebilir. Bu çalışmada, dalgalara maruz kalan düz bir zemine oturtulmuş bir kazığın sayısal modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Oluşturulan sayısal modellerin çözümü, açık-kaynak hesaplamalı akışkanlar dinamiği kodu olan REEF3D ile yapılmıştır. Çalışmada kullanılmak üzere, en uygun ağ boyutu ağ-yakınsama çalışması ile elde edilmiş ve hesaplanmıştır. Ardından, bulunan optimal ağ boyu ile deneysel çalışması yapılan bir dalga tırmanması örneğinin sayısal modeli oluşturulmuş ve elde edilen sonuçlar deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, 1:6 eğimli bir yapıya tırmanan dalganın yüzey profili incelenmiştir. Karşılaştırma süreci sonunda, deneysel çalışmada elde edilen veriler ile sayısal modelde elde edilen verilerin uyumlu olduğu görülmüştür. Son adım olarak ise, düz bir tabana yerleştirlmiş olan kazığa etkiyen çeşitli dalgaların yaratmış olduğu dalga kuvvetleri incelenmiştir. Dalga kuvvetlerinin ve serbest yüzey profillerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Dalga kuvvetleri karşılaştırılmasında Morison denkleminden ve Beji tarafından önerilen yeni bir yaklaşım kullanılmıştır. Serbest yüzey kaşılaştırılmasında ise, nümerik dalga tankının Inlet sınır tabakasından itibaren dalga boyunun 1.5 katı mesafesine bir dalga probu yerleştirilmiş ve elde edilen sonuçların simülasyonda kullanılan dalga parametreleri oluşturulan teori dalgası karşılaştırılmıştır. Dalga kuvvetlerinde olduğu gibi, dalga yüzeylerinde de uyum görülmüştür. Çalışmanın sonucunda, REEF3D açık kaynak kodunun oldukça yetenekli ve İnşaat Mühendisleri açısından büyük bir fayda olacağı çıkarımında bulunulmuştur. Ayrıca bu çalışma, kırılan dalga kuvvetleri ile yüzen cisimlere etkiyen dalga kuvvetlerini kapsamamaktadır. Bu alanlardaki çalışmalar gelecek bir zaman diliminde, uygun deneysel veriler eşliğinde, yapılabilir.
Özet (Çeviri)
Pile supported structures have a wide range of use in the offshore industry. These structures are much expensive to build. Therefore, it is important to evaluate unpredictable results before implementation. At this point, physical models are very convenient for designers and help to optimize the design. However, these types of models have some difficulties in terms of time and cost. With the help of numerical models, this loss of time and cost can be reduced significantly. In addition, numerical models provide flexibility in the design process of complex structures, but it is important that the results of numerical models must be compatible with the results of physical models. In this study, it is aimed to model a pile subject to waves. In order to solve the numerical model created within the scope of this study, the open-source REEF3D tool is used. A mesh convergence study has been done for the numerical domain and the optimum mesh size has been calculated. Secondly, relevant experimental data for wave run-up is compared with the numerical model. For that purpose, the surface profile at a certain point of a wave propagating to a coast with a slope of 1:6 had been replicated numerically. As a result, it has been seen that the wave profile obtained from the numerical model agrees well with the wave profile obtained in the experimental study. Hence, as a final step, a pile is located on a plane bottom and non-breaking wave forces acting on it have been calculated for various wave heights and periods. Wave force results and wave surface elevations are compared. Comparison of wave forces is done with the empirical formulae proposed by Morison and with a new approach presented by Beji. For the surface elevation comparison, a wave gauge is located 1.5 times of wavelength away from the inlet boundary to generate the wave surface of the simulation and a theoretical wave with the parameters used in the simulation is generated and compared. It has been seen that the wave surfaces showed an agreement as the wave force calculations did. The results for both wave run-up and wave forces show promise that REEF3D is much capable tool for CFD world, especially for civil engineering use. This study does not cover the non-breaking wave forces and wave forces acting on floating bodies. A further study, however can be done using the same tools with available experimental data.
Benzer Tezler
- Investigation of mantle kinematics beneath Turkey and adjacent regions based on seismological and numerical modelling
Türkiye ve yakın çevresinin altında kalan üst mantonun kinematik özelliklerinin sısmolojik ve sayıssal model ve gözlemlerile incelenmesi
JUDITH MARIA CONFAL
Doktora
İngilizce
2020
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY TAYMAZ
- Numerical modelling of waves and current acting on piles
Dalgaların sayısal modellenmesi ve kazık üzerindeki akımetkileri
KEMAL BAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ BAYRAKTAR BURAL
- Gemilerde bünyesel titreşimlerin incelenmesi
An investigation on the structural vibration behaviour of ships
REYHAN ÖZSOYSAL
Doktora
Türkçe
2004
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ İHSAN ALDOĞAN
- İş makinaları tahrik millerinin burulma titreşimleri
Torsional vibrations of motor-machine connecting shafts modelled as a continuous
KENAN KOSER
- Study of rubble mound and caisson type breakwaters by experimental and numerical modelling under extreme waves
Taş dolgu ve keson tıpı dalgakıranların ekstrem dalgalar altında deneysel ve sayısal modelleme ıle çalışılması
GÖZDE GÜNEY DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLİZAR ÖZYURT TARAKÇIOĞLU