Search

Değişen bir dünyada yaşıyoruz ve bununla birlikte dünya enerji talepleri de değişiyor.Nüfustaki artış ve daha fazla çevre bilinci, mühendislerin her zamankinden daha fazlaenerji üretmeleri gerektiği anlamına geliyor. Bu, mühendisleri bu talepleri karşılamak içinalternatifler bulmaya yönlendirdi. Sonunda fark yaratacak teknolojidir. Rüzgar enerjisimühendisliği, bu değişikliklerin gerçekleştirilmesinde ön plandadır. Bugün açık denizmühendisleri, rüzgar türbinlerinin etkinliğini artırmak için bazı kıyı rüzgar türbinleriniaçık denizde hareket ettirmeye karar verdiler. Bunu yapmak için, mühendisler dahayüksek performansa erişebilmeleri için yeni teknolojiyi mevcut filoya dahil ediyorlar.Mühendisler, rüzgar teknolojisinin, herkesin yararına olacak şekilde dünya enerji talebiningelecekteki aşamasını değiştireceğine inanıyor. Rüzgar enerjisi zaten kanıtlanmış birteknolojidir, yıllar boyunca pek çok umut ve potansiyel göstermiştir. Dünya rüzgarenerjisi birliği enerjisinden (WWEA) yapılan bir basın bültenine göre, `2018 sonundadünyaya kurulan toplam kapasite rüzgar türbinleri, WWEA tarafından yayınlananistatistiklerle gösterildiği gibi yaklaşık 600 GW'a ulaşacak. 2018 yılında ticari şebekeyeyaklaşık 54.000 Megawatt entegre edildi; bu, 2017 yılında, 52.555 Megawatt inşaedildiğinde beklenenden daha fazladır. Benzer şekilde, 2018'de büyüme artmaya devametti, ancak yeni tesisler var, ancak önceki yıla göre %10,8 artıştan sonra yaklaşık %9,8daha düşük bir oranda. Verilerin belirttiği gibi, 2018'in sonunda inşa edilen rüzgartürbinleri dünya elektrik enerjisi talebinin %7'sine ulaşabiliyor` (Gsänger, 2019).OWT'nin dinamik komplikasyonları ve çeşitli iç ve dış yüklemelere maruz kalmalarınedeniyle, OWT özellikle sürekli olarak özellikle aerodinamik ve hidrodinamik yüklerdeçevresel yüklere maruz kalır. Bu nedenle, çevresel yük OWT'nin destek yapısınıntasarımında göz önünde bulundurulması gereken önemli bir tasarım kriteridir.Açık deniz rüzgar türbininin (OWT) dinamik komplikasyonları ve çeşitli iç ve dışyüklemelere maruz kalmaları nedeniyle, açık deniz rüzgar türbinleri özellikle sürekliolarak özellikle aerodinamik ve hidrodinamik yüklerde çevresel yüklere maruzkalmaktadır. Bu nedenle, çevresel yük, açık deniz rüzgar türbininin destek yapısınıntasarımında göz önünde bulundurulması gereken önemli bir tasarım kriteridir.Bu araştırmada asıl amaç, aşırı aerodinamik ve hidrodinamik yükler altında açık denizrüzgar türbininin destek yapısına maruz kalan çeşitli çevresel yüklerin tepkisini ve etkisinixxivaraştırmaktır. Bunu yapmak için, dengesiz aerodinamik rüzgarın yanı sıra açık denizrüzgar türbini destek yapısına maruz kalan hidrodinamik dalgayı analiz etmek çokönemlidir. Tezin ilk bölümü, genel olarak OWT hakkında, OWT endüstrisinde tip destekyapısı olan OWT'nin yararına giriş niteliğindedir. Benzer alandaki diğer araştırmacılartarafından yapılan geçmiş araştırmaların literatür taramasının yapılması daha da ileri gitti.Ulusal yenilenebilir enerji laboratuarı (NREL) rüzgar türbini bu araştırma için seçildi veikinci bölüm NREL 5MW rüzgar türbini ve tekel özelliklerini açıkladı. Ayrıca, bölüm,tezin kapsamını ve sınırlamalarını sunmaktadır, örneğin toprağı monopile etkileşimininihmal edildiği ve monopilin deniz yatağında statik bir sabit desteğe sahip olduğuvarsayıldığı için sorunu basitleştirmek için gerekli varsayımlar yapılmıştır.Bölüm 3'te, tez problemiyle ilgili gerekli teorik arka plan sunulmuş ve yüklerinhesaplamaları takip edilmiştir. Hesaplamaları daha güvenilir yapmak için, aerodinamik vehidrodinamik yükleri hesaplamak için bilinen standart uygulamalar kullanılır. Bu tezdekullanılan standartlardan biri Amerikan petrol enstitüsü (API) standardı olup, dalga yükühesaplamalarında uygulanmaktadır. Det Norske Veritas (DNV) tarafından önerilenuygulama kuledeki rüzgar yükü hesaplamaları için kullanılırken rotor itme yükühesaplamaları NREL 5MW rüzgar türbini tarafından yapılır. Bununla birlikte, rotor itişinihesaplamak için alternatif bir rotor teorisi çözümü verilmiştir.4. bölümde, önceki bölümde hesaplanan yükler ve destek yapısındaki kısıtlamalartanımlanmış ve destek yapı modelinde düzenlenmiştir. Sonlu elemanlar analizi yazılımıANSYS APDL kullanılarak, destek yapısının tepkisi hesaplamaları yapılır. Destekyapısının azami en kötü durum senaryosunda yanıtını görmek için yük durumlarıvarsayılır (Yük durumu 1 ve Yük durumu 2).Daha sonra simülasyonların sonuçları sunuldu ve analiz edildi. Destek yapısının yerdeğiştirmesi ve destek yapısındaki gerilmeler alanı olmak üzere iki ana alana bakılır.Sonuçlardan, yük durumu 1'in destek yapısının daha yüksek yer değiştirmesi yarattığıaçıktır. Yük kasası 1 için azami yer değiştirme yaklaşık 0,97 m'dir, ancak uygulama yükkasası 2'ye geçtiğinde, azami yer değiştirme %11,9 azalır. Öte yandan, Von Mises stresi,yaklaşık 0.131E + 09pa (131Mpa) olan her iki yük durumu için aynı kalır. Bu, dalga yüküyönündeki değişimin Von Mises stresini etkilemediği anlamına gelir. Sonunda, kuledekigerilmeleri azaltmak için iki alternatif öneride bulunulmuşturVon Mises stresi arsalarından, Von Mises stresi kulede monopile kıyasla daha yüksekolduğu açıktır. Bu, yük arttıkça başarısızlığın tekelden önce kulede başlayacağı anlamınagelir. Bu nedenle, kuledeki gerilimleri azaltmak için iki alternatif çözüm önerilmiştir.1. Kulenin kalınlığındaki artış, kuledeki gerilmeleri azaltacaktır. Ancak, buekonomik giderler ile gelecek ve mantıklı bir şekilde yapılması gerekenxxv2. Kule yüksekliğini azaltın. Bu rüzgar türbini üzerindeki genel aerodinamik yüküazaltacaktır, dolayısıyla kule üzerindeki baskıları azaltacaktır. Ancak, bunun birdezavantajı var, rüzgar türbininin çıkardığı rüzgar gücü düşük irtifa düşük rüzgar hızıanlamına geldiğinden tehlikeye girer. We live in a changing world, and the world energy demands changes with it. The increasein population and a greater environmental awareness means engineers has to produce moreenergy than ever and more sustainably. This has led engineers to find alternatives to meetthose demands. Ultimately it is technology that will make the difference. Wind energyengineering is among the forefront of making this change happen. Today, offshoreengineers set out to move some the onshore wind turbine offshore in other to increaseeffectiveness of wind turbines. To do that, engineers are integrating new technology intoexisting fleet to give them access to a higher performance.Engineers believe wind technology will change the future phase of world energydemand for the benefit of all. Wind energy is already a proven technology, it has shownlots promise and potential over the years. According to a press release from world windenergy association energy (WWEA), `The total capacity wind turbines installed aroundthe world at the end of 2018 will get to almost 600 GW, as shown by statistics publishedby WWEA. About 54,000 Megawatt were integrated to the commercial grid in the year2018, which is relatively more than what is expected in the year 2017 when about 52'552Megawatt were constructed. Similarly, in 2018 the growth has continued to increase, thereare new installations although, it's at a lower rate of about 9.8 %, after 10.8% growth theprevious year. As pointed out by data, wind turbines constructed by end of 2018 can reachup to 7% of worldwide electric power demand` (Gsänger, 2019).Due to the dynamic complication of offshore wind turbine OWT and their subjection tovarious internal and external loading, offshore wind turbine is especially constantlysubjected to environmental loadings especially aerodynamic and hydrodynamic loads.Therefore, the environmental load is an important design criterion that should beconsidered during the design of support structure of OWT.Due to the dynamic complication of offshore wind turbine (OWT) and their subjection tovarious internal and external loading, OWT are especially constantly subjected toenvironmental loadings especially aerodynamic and hydrodynamic loads. Therefore, theenvironmental load is an important design criterion that should be considered during thedesign of support structure of OWT.In this research, the main objective is to investigate the response and influence of variousenvironmental loads subjected on the support structure of offshore wind turbine underextreme aerodynamic and hydrodynamic load. In order to do this, it is very important toxxanalyze the unstable aerodynamic wind as well as the hydrodynamic wave that issubjected on the offshore wind turbine (OWT) support structure.The first chapter of the thesis give the introduction about OWT in general, the benefit ofoffshore wind turbine, the type support structure in the OWT industry. It went further togive literature review of past research done other researchers in similar field.National renewable energy laboratory (NREL) wind turbine is selcted for the research,and the second chapter presents the specification of the NREL 5MW wind turbine and themonopile. Furthermore, the chapter presents the scope and limitations of the thesisnecessary assumptions are made in order to simplify the problem for instance the soilmonopile interaction is neglected and it is assumed the monopile has a static fixed supportat the sea bed.In chapter 3, necessary theoretical background related to the problem of the thesis ispresented and it is followed by calculations of the loads. To make the calculations morereliable, renowned recommended standard practices are used to calculate the aerodynamicand hydrodynamic loads. One of the standards used in this thesis is the Americanpetroleum institute (API) standard, it is applied in the calculations for the wave loads.Recommended practice by Det Norske Veritas (DNV) is used for the wind loadcalculations on the tower while the rotor thrust load calculations is as giving by the NREL5MW wind turbine. However, an alternative rotor theory solution was given forcalculating the rotor thrust.In chapter 4 the loads calculated in the previous chapter and constrains on the supportstructure are defined and it is set up on the support structure model. Using finite elementanalysis software ANSYS APDL the calculations of the response of the support structureis carried out. Load cases is assumed (Load case 1 & Load case 2) in order to see theresponse of the support structure under a maximum worst-case scenario. Afterwards,results of the simulations are presented and analyzed. Two main areas are looked at, thedisplacement of the support structure and the stresses field in the support structure. Fromthe results, it is evident the load case 1 create higher displacement of the support structure.The maximum displacement for the load case 1 is about 0.97m however, when theapplication is change to load case 2, the max displacement decreases by 11.9%. On theother hand, the Von Mises stress remain the same for both load cases which is about0.131E+09pa (131Mpa). This means the change of wave load direction has no effect onthe Von Mises stress. From the result of the Von Mises stress it is evident the Von Misesstress are higher at the tower when compared to the monopile. This means that failure willbegin at tower before the monopile when the load is increased. Therefore, in order toreduce the stresses in the tower two alternative solutions are proposed.xxi1. Increase in the thickness of the tower will reduce the stresses in the tower.however, this will come with economical expenses and should be done in a logicalway2. Decrease the tower height. This will reduce the overall aerodynamic load on thewind turbine consequently it will reduce stresses on the tower. However, there's adrawback to this, the wind power extracted by the wind turbine will compromisedsince lower altitude means low wind speed. 95

Bu çalışma kapsamında bağımsız tanklara sahip, örnek bir asfalt tankerinin ısıl gerilme analizi gerçekleştirilmiştir. Yüksek sıcaklıklarda taşınan asfalt gibi yüklerin veya LNG gibi çok düşük sıcaklıklarda taşınan yüklerin deniz yoluyla güvenli bir şekilde taşınması, geleneksel tanker tasarımlarıyla mümkün değildir. Gemi yapısının direk bir şekilde maruz kalabileceği yüksek veya düşük sıcaklıklar, yapıda ısıl gerilmelerin oluşmasına yol açacaktır. Gemi yapısında oluşan sıcaklık gradyanları, yüksek değişimler tecrübe ediyorsa, yapıda oluşan gerilmeler göz ardı edilemez. Diğer bir husus ise gemi inşaat çeliğinin mekanik özellikleridir. Örneğin, asfalt gibi yükler taşıyan tankerlerde, 200°C – 250°C arasındaki yük sıcaklığının gemi yapısına aktarılması, malzemenin mekanik özelliklerinde düşüşe sebep olacaktır. Aynı şekilde düşük sıcaklıklardaki yükler ise gemi inşaat çeliğinin daha gevrek bir hale gelmesine neden olur. Bu yüzden konvansiyonel tasarımlar yerine, bağımsız tanklara sahip gemiler tasarlanmıştır. Bağımsız tankların gemi mukavemetine katkılarının olmamalarıyla beraber, tanklar gemi gövdesinde düşük ısıl iletim katsayısına ve yüksek bası mukavemetine sahip destek takozları sayesinde taşınırlar. Ayrıca tank ile gemi arasında bulunan ortama geçen ısı miktarını en aza indirmek için, bu tankların yalıtımları iyi bir şekilde sağlanmalıdır. Bu tez kapsamında, bağımsız tank ile gemi gövdesi arasında gerçekleşen ısı transferi, DNV-GL kurallarına bağlı kalınarak gerçekleştirilmiştir.İlk olarak bağımsız tank tipleri ve maruz kaldıkları yükler anlatılmıştır. Sonrasında, gemi inşaatında en çok kullanılan yapısal eleman tipi olan levhalara ait lineer teori kullanılarak levhaların şekil değiştirme karakteristikleri incelenmiştir. Lineer teoriye bağlı kalınarak levha eğilmesi ve levha düzlem gerilmesi problemlerinin birbirlerini etkilemediği kabul edilmiş olup, ayrı ayrı incelenmişlerdir.Levhalardaki ısıl yüklere bağlı meydana gelen ısıl gerilmelere geçilmeden önce, katı bir ortamda gerçekleşen iletim yolu ile ısı transferi incelenip sonrasında da termoelastisite teorisinin çıkarımı ve buna bağlı olarak kuplaj teriminin ihmal edildiği lineer elastisite teorisinin kullanımı için gerekli olan kabul ve varsayımlardan bahsedilmiştir.Termoelastisite teorisi ile ilgili genel bir bilgilendirme yapıldıktan sonra, levhalar için ısıl gerilme problemi incelenmiştir. İncelenen problemde levha malzemesinin lineer elastik ve izotropik olduğu kabulü yapılmıştır. Bu varsayım doğrultusunda levhalarda oluşabilecek ısıl gerilmeler iki farklı şekilde oluşabileceği anlatılmıştır. Olası ısıl gerilme şekillerinden ilki levha kalınlığı boyunca oluşabilecek sıcaklık gradyanına bağlı oluşan ısıl momentin yarattığı gerilmelerdir. Levhanın yeterince ince olduğu kabulü yapıldığı takdirde, sıcaklığın kalınlık boyunca dağılımının lineer olduğu kabul edilebilir. Isıl gerilmelere yol açan ikinci mekanizma ise, levha düzlemi boyunca düzgün olmayan sıcaklık gradyanlarının oluşmasıdır. Bu sıcaklık dağılımının referans sıcaklığa göre farkına bağlı olarak, levha düzleminde uzamalar ve kısalmalar gerçekleşecektir. Şayet sıcaklığa bağlı yer değiştirmeler, uygulanan sınır koşulları vasıtasıyla kısıtlanırsa, düzlem içi kuvvetlerin oluşmasından dolayı orta düzlem gerilecektir. Ancak iki ısıl gerilme durumunda da ısıl yükler kayma gerilmelerine yol açmayacaktır.Tez kapsamında ısıl gerilme analizi, sonlu elemanlar yönteminin tatbiki yoluyla gerçekleştirilmiştir. Örnek geminin analizine geçilmeden önce ısıl ve mekanik yükler altındaki bir levhanın sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Genel formülasyon minimum enerji prensibinin, toplam enerji denklemine uygulanması sayesinde elde edilmiştir. Levha eleman için katılık matrisi ve kuvvet vektörleri hesaplanırken, enerji formülasyonunda elde edilen integral denklemler öncelikle fiziksel koordinatlardan doğal koordinatlara taşınılmış, sonrasında da elde edilen izoparametrik elemanlar için Gauss yöntemiyle numerik integrasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Numerik integrasyon işlem MATLAB ortamında yapılmıştır.Teorik altyapı ile bilgi verildikten sonra, örnek bir bağımsız tanklara sahip asfalt tankerinin analizleri gerçekleştirilmiştir. Tekne kirişinin ve gemiye etkiyen yüklerin, gemi boyuna eksenine göre simetrik olmasından dolayı gemi yapısının sadece iskele tarafının geometrik modeli hazırlanmış olup bu eksen üzerinde bulunan düğüm noktalarına analiz esnasında simetri sınır koşulu tanımlanmıştır. Benzer şekilde analizler esnasında sadece ısıl yüklerin etkidiği kabulüne dayanarak, gemi ortasında bulunan pompa odasının hem kıç hem de baş tarafında bulunan bağımsız tankların gemi bünyesinde benzer sıcaklık dağılımlarına neden olacağı kabulü ile model pompa odasının ortasından kıç tarafa doğru bir bağımsız tankı kapsayacak şekilde hazırlanmıştır. Pompa odasının orta kesitinde bulunan düğüm noktalarına ise simetri sınır koşulu uygulanmıştır. Gemi de gerçekleşen ısı geçişinin doğası nedeniyle, ağ örgüsü geometrik boyutlar göz önünde tutularak levha elemanlar yardımıyla oluşturulmuştur. Sıcaklık değişimlerinin boyutları ve şekil değiştirmelerin zamana bağlı etkileri göz önünde bulundurularak kuplajsız termal gerilme analiz modeli hazırlanmış olup sonuçları değerlendirme esnasında DNV-GL kurallarına bağlı kalınarak malzemenin akma değerleri sıcaklığa bağlı olarak seçilmiştir. Analizlere ilk olarak geminin sürekli rejim ısı transferi hesabı ile başlanmış, sonrasında da ısı transferi analizinden elde edilen düğüm noktalarındaki sıcaklık değerlerinin ön yük olarak uygulandığı yapısal analiz ile tamamlanmıştır.Analizler, destek takozlarında kullanılan iki farklı ara yüz malzemesi için tekrarlanmıştır. İlk ısıl gerilme analizde ara yüz malzemesi ULEPSI ticari adıyla bilinen çok katmanlı polimer malzeme kullanarak gerçekleştirilmiştir. Sonrasında ise ara yüz malzemesi gemi inşaat çeliği olarak modellenerek hesaplar tekrarlanmıştır. Analiz sonuçlarında, faklı ara yüz malzemelerinin kullanılması sonucu oluşan sıcaklık dağılımları, oluşan ısıl gerilmeler ve ısıl gerilmelerin sıcaklığa bağlı müsaade edilen gerilme değerlerinin ne kadarlık bir kısmını etkilediği irdelenmiştir. ULEPSI ve çelik ara yüz malzemeleri kullanılarak hazırlanan modeller irdelendiğinde ara yüz malzemesi seçiminin ısıl gerilmeleri azaltmada önemli rol oynadığı tespit edilmiştir. Ancak ısıl gerilmelerin daha da azaltılabilmesi adına, destek takozlarının yerleşiminin ön tasarım safhasında iteratif bir şekilde incelenmesi gerekmektedir. In this thesis, thermal stress analysis of an asphalt carrier is performed. With the conventional tanker designs, it is not safe to carry the cargoes either at high temperatures, such as asphalt, or at very low temperatures, such as LNG. In case these were to be carried directly with conventional designs, the heat transfer across the ship's hull will cause thermal stresses, which may affect the safety of the vessel during its voyage. If temperature gradients that occurs on the ship's hull are very steep, then thermal stresses cannot be neglected. The other critical point when working with thermal stresses is the temperature dependent material properties. With high temperature, it is often experienced that the strength parameters drop significantly. On the other hand, with low temperatures, material may become brittle which may cause initiation of fractures. Due to these reasons, ships with independent tanks were designed to replace conventional tanker designs when the cargo temperature is a significant parameter in the design. Independent tanks have no additional contribution on the strength of the vessel. They are responsible for carrying their own mass, as well as the mass of the cargo they are carrying. Independent tanks are attached to the hull by means of supports with low thermal conductivity and high compressive strength. Thermal properties of these supports are critical in nature for lowering the heat transfer between the tank and the vessel. However, the other mode of heat transfer occurs at the medium between the tank and the hull via convection. Hence, independent tanks are isolated. In case of asphalt carriers, rock wool is a common material for this purpose. When the isolation of the tank is complete, the calculations may be performed based on the assumption that the heat transfer only occurs via supports. In this thesis, thermal stresses due to heat transfer via these supports will be investigated as per rules by DNV-GL.Firstly, general information about independent tanks and the loads they are experiencing during their lifetime will be explained. The loads are divided into four categories as follows: static loads, functional loads, environmental loads and accidental loads. Thermal loads are considered as a functional load. In order to prevent thermal stresses, independent tanks are allowed to expand and contract freely with respect to their support locations. Support locations can be considered as pivot point while calculating final dimensions of the independent tanks. Considering the movements of the ship, four different types of supports are designed. Each type of support operates separately to react ship's movements on different degree of freedom.After brief description of independent tanks and loads that are carried, the linear theory of plates will be investigated as they are the most common structural members in naval architecture. Based on small displacement assumption of the linear theory, bending effects and in-plane effects will be investigated separately. This assumption will later lay foundation in development of finite element model of plates. Before proceeding with thermoelasticity theory, discussion on heat transfer in a solid medium is provided. Theory is built upon Fourier's Law and heat equation. In this thesis, steady-state heat transfer problem is considered as the investigated condition of the ship is operational conditions. Hence, time-transient problem is omitted. The ULEPSI interface material consists of several layers with each layer having different thermal and mechanical properties. From heat transfer point of view, these interface materials experiences one-dimensional heat transfer as the heat transfer occurs only through the thickness of the these parts. Thermal properties of these interface materials are idealized by use of single equivalent conductivity coefficient. Equivalent thermal conductivity coefficient is calculated by thermal resistance analogy. Thermoelasticity theory is explained briefly and then its application on plates is investigated. In linear theory, materials are assumed to be isotropic and homogeneous. Based on Kirchhoff's hypothesis, bending and membrane mathematical models are prepared separately. In plates, thermal stresses may occur in two modes; first type of thermal stresses occur due to temperature distribution through the thickness of the plate which results in form of thermal bending moments. In case the plate is considerably thin, temperature distribution across the thickness is simplified as a linear distribution. The second mode of thermal stresses occur on the plate is because of the temperature distribution on the midplane. This mode causes contractions and expansions of midplane. If the plate is not constrained, the plate will deform freely. Thus, staying in its initial stress free-state. However, in most uses, the plate will be constrained in some way which will prevents its free expansion or contraction. Hence, the in-plane forces on the plane mid-surface will cause stresses. In both cases, thermal load will not cause shear deformation on the plate. Although generalized thermoelasticity theory provides time-transient formulation for deformations coupled with temperature changes, under steady state conditions with slow rate of deformations, coupling term can be neglected. Coupling term includes both the temperature effects and inertia effects. With this assumption, generalized thermoelastic equation is simplified and can be solved in two steps. First step is to solve steady state heat transfer problem in order to obtain final temperature distribution. Later, this temperature distribution is mapped as input for the calculation of initial strains due to thermal loads and then structural problem is solved under given mechanical loads and boundary conditions. This method is also called uncoupled approach.Thermal stress investigation on this thesis employed finite element method which is a very powerful numerical tool in engineering calculations. Although many physical phenomena can be explained with partial differential equations, most of the time they are not feasible to be used for complex geometrical sets. Finite element method discretizes continuous domain into finite number of elements. Each element has number of nodes depending on its geometrical dimensions as well as order of its shape functions, which establishes its internal deformation characteristics among its nodes. By use of this method, problem of partial differential equation is converted into a problem of a simpler linear equation system. Before application of this method on an example asphalt carrier by use of a commercial software ANSYS, finite element model of a plate under both mechanical and thermal loads are formulated. Stiffness matrix is composed as sum of stiffness matrix of plate bending element and plane-stress element. This approach is due to small displacement assumption of the linear theory. For the formulation of the bending element, non-conforming MZC element shape functions are used. As for the plane-stress element, bilinear shape functions are used. For derivation of stiffness matrix and force vector for an element minimum potential energy principle is applied to general energy equation. These formulations are initially generated for general physical coordinate system. However, in order to apply numerical integration scheme, physical coordinates of the element are mapped into natural coordinate system. Thus, Gauss integration scheme then employed easily. Calculation of terms in stiffness matrix and force vector is performed on MATLAB platform.After, initial development of the theoretical background, thermal stress analysis of an asphalt carrier is performed in ANSYS Workbench software. Due to nature of the structural design of the ship and the loads, only one half of the ship is modeled. This allowed us to lower total node count of the finite element model by application of symmetry boundary conditions. Geometric model of the ship is modeled with 2D surface geometries and then meshed with flat shell elements.Considering the total temperature change of the structure and the deformation, uncoupled thermal stress analysis is performed. For the calculation on this thesis, first, steady-state thermal analysis is performed in order to obtain final temperature distribution across the ship's hull. Afterwards, these temperature results were transferred into structural analysis as nodal loads and no mechanical loads were considered on the analysis. The model consists of one cargo tank and half of the pump room. In order to understand effect of interface material on temperature distributions and thermal stresses on the hull, two finite element models are prepared. First model is prepared with ULEPSI interface material and then in order to prepare second model, material properties of ULEPSI is changed to material properties of steel. Boundary conditions of the both models are kept the same. As a result of the analyses, great changes in temperature distributions and stresses are observed at some of the components of the hull with respect to different interface materials. As for the independent tanks, stresses are found to be considerably low with some local high stresses. These stresses are due to geometrical design of the tank's bottom structure and can be avoided with minor structural modifications. However, stresses that are observed on the hull are due to non-uniform temperature distribution at the bottom structure. Although, ULEPSI interface material helps greatly in reducing thermal stresses by lowering the rate of heat transfer from independent tank to hull, the distribution of supports at inner bottom is equally important. High stresses are observed at locations where different types of supports are located closely. General deformation behavior of the bottom structure is very similar to the deformation of plate with different temperatures on its faces. Since the temperature difference is considerably high between bottom plating and inner bottom plating, bottom structure bends around lateral axis. This deformation shape is very important as it may cause separation between the tank and the hull. These separations will lead non-uniform distribution of forces at supports during ship's voyage which may cause local high stresses. Therefore, it is recommended to use an iterative approach for establishing ideal locations for supports at initial design stage of the ship. 171

Stifnerli gemi panellerinin nihai mukavemeti lineer olmayan Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile elde edilmiş ve göçme davranışları detaylı olarak incelenmiştir. Stifnerli panellerin genel (global) burkulması için Minimum Potansiyel Enerji Prensibine dayanarak analitik bir formül türetilmiştir. Daha sonra nihai mukavemet tayini için literatürde yer alan yaklaşık yöntemler incelenmiş ve bunlardan bir tanesi, Fujikubo ve Yanagihara (FY) yöntemi iyileştirilmiştir. Son olarak, en önemli kısım ise nihai mukavemet tayini için Elastik Büyük Deformasyon Analizine dayanan yeni ve etkili bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntem literatürde yer alan diğer yöntemlerle kıyaslanmış ve stifnerli panellerin nihai mukavemetinin etkili şekilde elde edildiği gözlemlenmiştir. The ultimate strength of stiffened ship panels is calculated by non-linear Finite Element Method (FEM), and collapse behavior of the panels is investigated in detail. An analytical formula, based on Principle of Minimum Potential Energy, is derived to evaluate the overall buckling strength of stiffened panels. Approximate methods from the literature to estimate the ultimate strength of panels are examined; one of them, namely Fujikubo and Yanagihara (FY) method, is modified for improving the accuracy of FY method. Finally but more importantly, a new method, based on Elastic Large Deflection Analysis, is developed to evaluate the ultimate strength of stiffened panels. The new method is compared with the other methods from the literature. The accuracy and efficiency of the present method is verified. 200

Serbest düşme filikaları birçok gemi ve açık deniz yapılarında oluşabilecek yangın, batma vb. durumlarda, insanların yapıyı güvenli bir şekilde terk etmesine yarayan acil durum ekipmanlarından biridir. Diğer can kurtarma filikalarının aksine, olumsuz hava koşullarında dahi bulunan yeri hızlı bir şekilde terk etme kabiliyetine sahiptir. Bu sebeple özellikle acil durum tahliye faaliyetinin çok önemli olduğu petrol platformlarında, petrol ve petrol türevlerini taşıyan gemilerde serbest düşme filikaları uzun yıllardır kullanılmaktadır.Serbest düşme filikarında güvenlik çalışmaları kapsamında yapısal güvenlik öncelikli çalışma konusu olmuş, fırlatma testi sırasında koltuk üzerinden okunan ivmelerle yapılacak matematiksel değerlendirmeler yolcu güvenliği değerlendirmesi açısından yeterli görülmüştür. Ancak insanın karışık biyomekanik yapısı ve yüksek fırlatma noktalarından bırakılabilen serbest düşme filikalarının dizayn edilmesi bu yaklaşımın zamanla sorgulanmasına sebep olmuştur. Özellikle sahada yapılan tatbikatlardan gelen bazı yaralanma bilgileri bu konuya dikkatleri çekmiş, ilgili kuruluşların konu üzerinde çalışmalarını sağlamıştır.Yolcu güvenliği konusunda detaylı çalışmaların yapılabilmesi için yaralanma mekanizmasının iyi anlaşılması gerekmektedir. İnsanda yaralanma mekanizması vücudun her bölgesi için farklı çalışmaktadır. Örneğin vücudun maruz kaldığı doğrusal veya açısal ivme kafa yaralanmaları için çok kritik iken, göğüs bölgesinde emniyet kemerinden dolayı oluşan sıkışma kritik yaralanmalara sebep olmaktadır. Oluşan yaralanmaların değerlendirilmesinde ve farklı yaralanma tiplerinin birbiriyle karşılaştırılması için AIS adı verilen yaralanma skalası kullanılmaktadır. AIS sistemi yaralanmanın ciddiyetini 0-6 arası kodlarla tanımlamıştır. 0'dan 6'ya doğru yaralanmanın ciddiyeti artarken insanların bu yaralanma sonucu ölüm riski de artmaktadır. İlk yardım ve tıp alanındaki gelişmelerin tedavileri kolaylaştırmasının yanında insanla ilgili anatomik bilginin artmasıyla AIS skalaları zamanla güncellenmektedir. Günümüzde yapılan yolcu güvenliği çalışmalarında mühendislerin genel amacı çalışılan üründe bulunan yolcuların yaralanma boyutlarını belirlenmiş AIS skalası içinde tutmaktır.Mühendislik çalışmalarında yolcu güvenliği değerlendirmesi için geçmişte kadavralar kullanılıyorken, artık onların yerini gelişmiş test mankenleri almıştır. Test mankenleri bilinen yaralanma çeşitleri için kritik olan yükleri veya yükleme etkilerini ivme, hız, kuvvet veya yer değiştirme gibi yerleştirilmiş sensörlerle ölçebilen ölçüm cihazlarıdır. Serbest düşme filikalarının hareketi sırasında oluşan ivme yüklerinin yolcuya etkisi 3 şekilde incelenebilmektedir. SRSS ve DR olarak adlandırılan ilk iki yöntem, fırlatma sırasında oluşan ivmenin, belirlenmiş limitler ve formüller kullanılarak matematiksel olarak değerlendirilmesi esasına dayanan yöntemlerdir. Bu yöntemlerle hesaplanan CAR indeksi veya DRI indeksi birim değerden küçükse önemli yaralanma riskinin düşük olduğu kabul edilir. Test mankeni ile yapılan değerlendirmelerde ise oluşan yüklerin yanında, koltuk ve bağlayıcı ekipman gibi çevre birimlerin de yolcu üzerindeki etkisi incelenerek ayrıntılı güvenlik değerlendirmesi yapılabilmektedir. Test mankenleri ile yapılan detaylı yaralanma değerlendirmesi sonucunda hangi tip yaralanmanın, hangi sebeple ortaya çıktığı anlaşılmakta; bu yaralanmanın önüne geçmek için dizayn iyileştirmesi yapılabilmektedir.Bu çalışmada Hybrid III test mankeni ile bilgisayar yazılımı kullanılarak, karakteristik ivme özellikleri 28 metreden fırlatılan bir serbest düşme filikasının orta sıra koltuğuna eş olan bir yükleme için yolcu güvenliği değerlendirmesi yapılmıştır. Filika iç dizaynında başlangıç olarak dört nokta emniyet kemeri ve filika önüne bakan koltuk kullanılmıştır. İlk analizin tamamlanmasıyla birlikte hesaplanan CAR indeksi 0.99 olan bu yükleme şartlarında test mankeninin kinematiği ve yaralanma eğrileri detaylı olarak incelenmiştir. Hareket ve ilgili yaralanma riskleri belirlendikten sonra koltuk oryantasyonu, koltuk dizayn değişikliği, ek kemer bağlantısı ve altı nokta emniyet kemeri gibi değişkenler yardımıyla iç dizayn iyileştirilmeye çalışılmıştır.Çalışmada manken ile test yapılmamış olsa bile analiz için harcanan zaman ve kaynaklar düşünüldüğünde, SRSS yöntemi ile değerlendirme manken ile yapılan değerlendirmeye göre çok daha ekonomik ve hızlı olduğu çıkarımı yapılmıştır. Hesaplanan CAR indeksinin maksimum değer olan 1'e çok yakın olması ve manken ile yapılan yaralanma değerlendirmesinin AIS 2 ve AIS 3 seviyesinin çok altında olması, SRSS yönteminin bu seviyedeki yaralanmaların tahmini için güvenlik payı yüksek, ihtiyatlı bir yaklaşım olduğunu göstermiştir.SRSS yöntemi ile yapılan değerlendirmenin sonucunda bir değişikliğe sebep olamayacak kemer, koltuk dizaynı ve koltuk döşemesi gibi parametrelerin test mankeni yaralanma değerleri üzerinde önemli etkiye sahip olduğu görülmüştür. Aynı yükleme durumu için basit iç dizayn değişiklikleri ile yolcuların yaralanma riskleri azaltılabileceği gösterilmiştir. Hatalı yapılmış iç tasarımların yolcu yaralanması üzerine olumsuz etkilerinin ancak test mankeni ile yapılacak değerlendirme ile fark edilip, düzeltilebileceği gösterilmiştir.Sonuç olarak; koltuk üzerinden ölçülen ivme için matematiksel yöntemlerle yapılan yolcu güvenliği değerlendirmeleri ekonomik ve hızlı değerlendirme metodları olmasına karşın iç dizaynı hesaba katmadığı için dizaynın yolcu güvenliği açısından doğrulanmasında eksik yönleri bulunduğu görülmektedir. Bu durumda doğrulama metodu olarak test mankeni ile bilgisayar modeli veya test üzerinden değerlendirme yapılmasının final ürün doğrulaması açısından gerekli olduğu düşünülmektedir. Free fall lifeboat is one of the life saving appliance which is using in lots of ships and offshore platforms. It helps people to evacuate structure and reach safer locations as soon as possible. Unlike other conventional lifeboats, it has the ability to quickly leave the place even in adverse weather conditions. For this reason, free fall lifeboats have been used for many years on ships carrying petroleum and petroleum derivatives and oil platforms where emergency evacuation is very important.Structural safety has been a priority issue in the context of safety studies in free fall. In terms of occupant safety, the mathematical evaluations with acceleration on the seat during the launch were deemed sufficient. However, complex biomechanial properties of human and the design necessity of freefall lifeboat that can be released from high launch points have led to the question of this approach over time. In particular, injury reports from field exercises of lifeboats have drawn attention to this issue and have ensured that relevant agencies work on the subject.In order to carry out detailed studies on occupant safety, it is necessary to understand the injury mechanism. The human injury mechanism works differently for each region of the body. For example, the linear or angular acceleration that the body is exposed to is very critical for head injuries, while the compression caused by the seat belt causes critical injuries in the chest area. To assess different type of injuries and compare them, injury scale called Abbreviated Injury Scale (AIS) is used. AIS system identifies the severity of the injury with codes 0-6. While the severity of injury from 0 to 6 increases, the risk of death from this injury is also increasing. In addition to facilitating the first aid and medical field treatments, the AIS scales are being updated over time with an increase in human anatomical knowledge. In occupant safety studies, engineers generally aim to keep occupant injury results within defined AIS injury level for their products.Dummies are measuring devices that can measure loads or loading effects for known types of injuries with installed sensors, such as acceleration, speed, force, or displacement. Before advanced test dummies produced, cadavers were used to make assessment on occupant safety. However, the available cadavers were different from one another in many aspects, such as the physical dimension, age, and biological characteristics. All these would affect the outcome of the occupant safety evaluations. In order to make a standard safety assessment, the need for the development of test dummies had arisen and many test dummies have been developed after that.Critical loads on passengers in free fall lifeboats are due to the acceleration during dive stage. The previous movements of lifeboat, which are ramp, rotation and free fall stages, have important effect on kinematic of dive stage. The boat is exposed to significant acceleration on the X-axis after contacting with the water. The basic loads for the front seat of lifeboat are observed in this time interval. The lifting force that occurs when a free fall lifeboat enters the water has a rectifying moment effect for the boat. The diving boat starts to straighten up with the effect of this force, and stern side of the lifeboat hits the water. This movement controls the acceleration values that occur in the lifeboat Z direction, especially important for the seats located on the aft side of the boat. Weight, center of gravity, hull form, dive angle and dive speed of lifeboat are important variables for these acceleration loads. The difference in these variables can cause significant changes in the loads on the occupant.The acceleration loads on occupant during free fall lifeboat launch can be examined with three main evaluation methods. The first two methods, referred to as Square Root Sum of the Square (SRSS) and Dynamic Response (DR), are based on mathematical evaluation of the acceleration data measured from seat supports during launch. After using defined limits and formulas Combined Acceleration Response (CAR) index for SRSS method and Dynamic Response Index (DRI) for DR method are obtained. If calculated index is smaller than unity, it means that possibility of major injury is unlikely for both methods. The other method to evaluate occupant safety in lifeboats is using test dummies. In the evaluations made with dummies, besides the acceleration loads on human body, the effects of the peripherals such as seats and belt equipment can be examined for occupant safety. The detailed assessment with test dummies reveals what type of injury has occurred: head, neck, chest etc. After understanding root cause of the injury risk, possible design improvements can be studied on interior parts.In this study, occupant safety evaluation was carried out for a specific loading, which is similar to the acceleration data read from the middle seat of a free fall lifeboat, which is launched from 28 meters. CAR index of defined loading was calculated as 0.99 with SRSS formula for emergency. CAE model is prepared to replicate defined load case with test dummies in Hypercrash program and analysis were made with Radioss. %50th Hybrid III dummy, 4-point seat belts and forward facing seat are used in the beginning of the study. After first CAE analysis completed, dummy kinematics and injury curves were investigated in detailed. According to initial finding on dummy movement and injuries, interior design was tried to be improved by several changes such as; seat orientation and design change, additional belt connection and six-point seat belt.For design improvement studies on belt, additional belt connection and six-point seat belt were tried for forward facing seat. Even the values of neck injury could be improved significantly with the six-point belt, chest injuries were caused to worsen in similar proportions. The additional belt connection on the four-point seat belt system is a positive effect on neck injuries, while the impact on the chest is relatively small. The greatest contribution to the injury values were obtained by rotating the seat 180 degrees in Y-axis to the lifeboat backwards. In this way, the acceleration load on passenger was damped by the seat. These types of seats are used in many lifeboats, which are designed to work in high launch points. As a result of the analysis work done with the rearward facing seat, the injury values decrease significantly and the dummy movements became safer. Even overall injury results are improved, it was noticed that the foam in the seat could not damp dummy loading well. This led to necessity of seat design change. Headrest design was changed to decrease loading on head and neck area with damping. In addition to the new headrest design, all seat foam thickness was also increased in order to provide better load damping to the occupant. At the end, the kinematics and injury values of the dummy improved substantially compared to the initial state.Even though the CAE model was not validated with the test, it was understood that the time and resources spent for the SRSS evaluation were considerably more economical and faster than the evaluation with the test dummies. The fact that computed CAR index is very close to the maximum value of 1 and the dummy injury rating is well below the AIS 2 and AIS 3 levels shows the SRSS method has a enough safety margin to estimate this level of injury.Moreover it has been found that parameters such as seat belt, seat design and seat foam, which does not change results of the evaluations made by the SRSS method, have a significant effect on the injury values. According to studies, the risk of injury to the passenger can be reduced with simple interior design modifications for the same loading scenario. The adverse effects of improper interior designs can only be recognized and corrected by evaluation with test dummies.As a result mathematical occupant safety assessments, which are using accelerations measured on the seat, are economic and rapid evaluation methods. On the other hand, there are incomplete aspects in validating the design in terms of occupant safety since the interior design changes could not be assessed by them. In this case, it is considered that CAE or test evaluation with dummies in lifeboats is necessary as the verification method in terms of final product validation. 101

Bir gemi ya da deniz yapısı tasarlarken, gemi inşaa mühendisinin başlangıç maliyeti, güvenlik, emniyet, performans gibi faktörleri göz önünde bulundurması gerekmektedir. Deneysel yöntemler aracılığıyla geminin birtakım karakteristiklerinin saptanması ise yüksek maliyetinin yanı sıra, deneysel sonuçların yanlış yorumlanmasının doğurabileceği olumsuz sonuçlar nedeniyle her durumda tercih edilmemektedir. Bu sebeple gemi inşaatı alanında hesaplamalı yöntemlerden sıklıkla yararlanılmaktadır.Plaklar ve kabuklar ise yapısal elemanlar olarak havacılık, gemi inşaatı, nükleer santraller, uzay araçları, petrokimya endüstrisi gibi birçok alanda sıklıkla kullanılmaktadır. Gemi inşaatı alanında ise plaklar ve kabuklar; geminin borda kaplamasında, tank perdesi olarak ve üst yapıda kompartımanları birbirinden ayırmak amacıyla kullanılmaktadır.Açık deniz petrol platformları, düşük hızlı konvansiyonel gemiler, tek veya birden fazla gövdeli yüksek hızlı tekneler rüzgar veya dalga gibi çevresel dinamik yüklerin etkisi altında faaliyet göstermektedirler. Özellikle dalga yüklerinin gemi ve deniz yapılarının yapısal bütünlüğü ile dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi oldukça kuvvetli olmaktadır. Dalga yüklerinin deniz yapıları üzerindeki etkilerinin isabetli bir şekilde saptanabilmesi amacıyla, hidrodinamik ile yapısal mekanik esaslarının birlikte ele alındığı hesaplamalı yöntemler kullanılmaktadır. Akışkan ortamındaki elastik yapıların davranışlarını inceleyen bilim dalına hidroelastisite adı verilmektedir. Hidroelastisite teorisi gemilere ve deniz yapılarına uygulandığında, yapıyı çevreleyen akışkanın hızı ve basınç dağılımı neticesinde yapıda meydana gelen gerilmeler ile dönme ve şekil değiştirmeleri hesaplamak mümkün olmaktadır.Akışkanla temas halindeki yapıların dinamik davranışlarının belirlenebilmesi, yapının belirli bir amaç dahilinde kullanıldığı süre boyunca güvenli bir şekilde görevini yerine getirebilmesi açısından yüksek önem arz etmektedir. Titreşim halindeki yapıyla temas halindeki akışkanın hava gibi, yoğunluğunun düşük olduğu durumda yapı ile akışkan arasındaki etkileşimin yapının dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi oldukça zayıf olmaktadır. Fakat yapının temas halinde olduğu akışkanın su gibi, yoğunluğunun görece yüksek olduğu durumda yapı üzerindeki akışkan basınç dağılımının, vakum koşullarındakine nazaran yapının mod şekli ve doğal frekansları gibi dinamik karakteristikleri üzerindeki etkisi önemli olmaktadır. Bu koşullar altında, yapının davranışları ile akışkan hareketleri, kuvvetli şekilde etkileşim halindedir ve bu sebeple, yapı ile akışkan problemlerine ait yönetici denklemleri birlikte ele almak gerekmektedir.Bu tez çalışmasında elastik yapının akışkan ortamında ilerleme hızı olmadığı durumda akışkan ile arasındaki etkileşimin, yalnızca yapının hareketlerinin akışkan ortamında meydana getirdiği basınç alanı aracılığıyla gerçekleştiği kabul edilmiştir. Akışkan-yapı etkileşimi neticesinde yapının dinamik karakteristiklerinde meydana gelen değişimleri saptamak amacıyla lineer hidroelastisite teorisi benimsenmiştir. Lineer hidroelastisite teorisinde akışkan viskoz olmayan ve sıkıştırılamaz kabul edilmiş; akışkanın rotasyonel hareketleri ihmal edilmiştir. Ayrıca akışkan-yapı etkileşimi kuvvetlerinin doğrudan akışkan ataletini temsil ettiği, yapısal titreşim hareketleri neticesinde meydana gelen yapısal ivmelenmelerin, yapıyı çevreleyen akışkanın ivmelenmesi aynı fazda olduğu kabul edilmiştir.Yapı-akışkan etkileşiminin lineer hidroelastik teori çerçevesinde analizi vakum koşullarındaki yapının dinamik analizi (kısaca vakum analiz) ve akışkan ortamındaki analizi (kısaca ıslak analiz) olarak ikiye ayrılabilir. Vakum analizinde, hareket denkleminin sonlu elemanlar metodu aracılığıyla çözülmesiyle elde edilen karakteristik frekanslar ile her bir frekansa karşılık gelen modal yer değiştirmeler, ıslak analizin girdilerini oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında vakum koşullarındaki analizler, ANSYS sonlu elemanlar yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir.Hidroelastik teorinin 'ıslak analiz' kısmı, elastik yapının dinamik hareketleri nedeniyle oluşan akışkan basınç alanının hesaplanarak yapıya etkiyen akışkan kuvvetlerinin belirlenmesini içerir. Bu tez çalışması kapsamında yapı-akışkan etkileşimi kuvvetleri sınır eleman metodu aracılığıyla elde edilmiştir. Potansiyel akış analizi, yapının akışkanla temas eden yüzeyi boyunca ayrıklaştırılmış her bir sınır elemanının geometrik alan merkezine, şiddetinin panel boyunca sabit olduğu kabul edilen noktasal kaynaklar dağıtılmasıyla gerçekleştirmiştir. Yapının ıslak analizinde, vakum durumundaki modlarında titreştiği varsayılmış, hareket denkleminde yer alan sönüm etkileri matematik modele dahil edilmemiştir. Bu teori aracılığıyla, akışkana kısmen veya tamamen daldırılmış sonsuz derin akışkan ortamındaki yapıların yanı sıra, serbest yüzey civarında hareket eden deniz araçlarının dinamik karakteristiklerini yapı-akışkan etkileşimi problemi kapsamında ele almak mümkün olmaktadır.Bu tez çalışmasında, serbest yüzey etkilerinin göz önünde bulundurulmadığı, sonsuz derin akışkana tam daldırılmış yapıların yanı sıra; serbest yüzey etkilerinin probleme dahil olduğu, akışkanla kısmen temas halinde, sonsuz derin akışkan ortamındaki yapıların dinamik karakteristikleri de incelenmiştir. Ele alınan dinamik yapı – akışkan etkileşimi probleminde, yapının görece yüksek frekanslarda titreştiği varsayılmış; böylece oluşturulan matematik modelde kısmen akışkan ile doldurulmuş ve/veya akışkana daldırılmış yapının hareketleri sebebiyle meydana gelen serbest yüzey dalgalarının etkisi ihmal edilmiştir. Serbest yüzey koşulu, oluşturulan matematik modele imaj metodu aracılığıyla dahil edilmiştir. Bu amaçla yapının serbest akışkan yüzeyi altında kalan kısmının, ayna düzlemi serbest akışkan yüzeyi olacak şekilde akışkandan dışarıya doğru imgesel bir kopyası oluşturulmuştur. İmaj metodu ile, yapının akışkan ile temas eden kısmında yer değiştirmeler sebebiyle oluşan kinematik katı cisim sınır koşulu, sınır koşulunun uygulandığı noktanın imgesel bölgedeki karşılığında ters işaretli olarak uygulanarak serbest akışkan yüzeyi koşulu problemi, klasik Neumann problemine indirgenmiştir.Eksenel akımın olmadığı durumda, ele alınan yapı için oluşturulan hareket denkleminde genelleştirilmiş hidrodinamik sönüm kuvvetleri ihmal edilebilmektedir. Böylece ele alınan yapı ile akışkan arasındaki etkileşim, yalnızca eksu kütlesi matrisi aracılığıyla gerçekleşir. Eksu kütlesi matrisinin her bir elemanı, sınır eleman metoduyla oluşturulan matematik modelde Laplace problemine ait temel çözümün kullanılmasıyla elde edilen hız potansiyellerinin yapının akışkanla temas halindeki tüm yüzeyi boyunca entegre edilmesiyle elde edilmiştir.Genelleştirilmiş eksu kütlesi matrisinin oluşturulmasıyla yapının akışkan ortamındaki hareketini temsil eden özdeğer problemi çözülerek yapının ıslak durumdaki modal frekansları ile karşılık gelen mod şekilleri elde edilmiştir. Yapının sonsuz akışkan ortamında bulunduğu, serbest yüzey etkilerinin ihmal edildiği durumda oluşturulan matematik modelin geçerliliği, küresel ve silindirik kabuklar için elde edilen sonuçların analitik çözüm metotları ile elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmasıyla araştırılmıştır. Yapının sonsuz akışkan ortamında bulunduğu, serbest yüzey etkilerinin ihmal edildiği durumda diyagonal olmayan genelleştirilmiş eksu kütlesi terimlerinin sıfıra oldukça yakın olması sebebiyle modlar arasındaki etkileşimin oldukça zayıf olduğu gözlemlenmiştir. Buradan hareketle yapının sonsuz derin akışkana tam daldırıldığı, serbest yüzey etkilerinin olmadığı durumda, mod şekilleri arasında enerji aktarımının oldukça zayıf olduğu ve bu sebeple ıslak durumdaki mod şekillerinin, vakum durumundaki geometrik konfigürasyonlarını koruduğu sonucuna varılmıştır.Yatay durumda dairesel kesitli silindirik kabuğun kısmen akışkana daldırıldığı durumda, serbest yüzey etkilerinin probleme dahil edilmesiyle elde edilen sonuçlar, literatürde yer alan deneysel ve sayısal çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Bu durumda serbest yüzeyin varlığı sebebiyle eksu kütlesi matrisinin köşegen olmayan bazı terimlerinin diğerlerine nazaran oldukça büyük olduğu gözlemlenmiş, böylece akışkanla kısmen temas halindeki yapıların bazı mod şekilleri arasındaki etkileşimin kuvvetli olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca modlar arasındaki kuvvetli etkileşim sebebiyle, yapının ıslak mod şekilleri ile vakum durumdaki mod şekilleri arasında önemli ölçüde farklılık olduğu gözlemlenmiştir. When designing a ship or offshore structure, factors such as initial cost, security, safety and performance must be considered by naval engineers. To determine the characteristics of a ship via model experiments can't preferred in all circumstances not only because of the high cost but also because of the unfavorable consequences caused by misinterpretation of experiment results. For these reasons, semi-empirical formulas and computational methods are frequently used in problems related to shipbuilding and offshore engineering .As a structural component, plates and shells are commonly used in many engineering fields such as aviation, marine engineering, nuclear power plants, production of space vehicles and petrochemical industry. In shipbuilding and offshore industry, plates and shells are commonly used as a side plating of the hull, tank bulkheads and for splitting compartments of the superstructure. Offshore petrol platforms, low speed conventional ships and mono or multi hull high speed crafts operates under the environmental dynamic loads such as wind and waves. In particular, the impact of wave loads on the structural integrity and dynamic characteristics of ships and marine structures might be very strong. In order to be able to accurately determine the effects of wave loads on marine structures, computational methods are often used in which principles of hydrodynamics and structural mechanics are approached together. Hydroelasticity is an engineering discipline which examines the behaviour of the elastic structures in fluid medium. When the theory of hydroelasticity is approached in terms of ships and offshore structures, it is possible to determine the resulting stress distributions, rotations and deformations as a result of motions of the fluid.To determine the dynamic behaviour of structures in contact with fluid is of high importance in vibration analysis of marine structures. For freely vibrating structure, the influence of the interaction forces on the dynamic characteristics of the structure is weak when the surrounding fluid is low in denstiy, such as air. However, in the case when the surrounding fluid is relatively high in density, such as water, the effect of the fluid on the dynamic characteristics of the structure, such as mode shapes and natural frequencies, is important with regard to in-vacuo conditions. Under these conditions, motions of the structure and fluid are strongly coupled, thus, structural and fluid equations of motions must be solved simultaneously.In this thesis, it is assumed that fluid actions and related pressure distribution over the structure only occur due to modal vibrations of the structure; in other words, it is assumed that both elastic structure and surrounding fluid has no forward speed. The linear hydroelasticity theory is adopted in order to determine the wet dynamic characteristics of the structure under the fluid-structure interaction forces. In the linear hydroelasticity theory, it is assumed that fluid is non-viscous and incompressible; the rotational motions of the fluid is neglected. It is also assumed that fluid forces directly corresponds to inertial effects of the structure, thus, displacements of the elastic structure due to modal vibrations are in same phase with the acceleration of the fluid particles.Analysis of the fluid-structure interaction system by the linear hydroelasticity theory can be divided into two parts. In first part of the analysis, in-vacuo analysis in brief, dynamic analysis of the structure in vacuo conditions and in the absence of external forces is carried out by solving equation of motion with neglecting the structural damping effects. In second part of the analysis, wet analysis in brief, it is assumed that structure conserves its in-vacuo mode shapes, the in-vacuo displacements of the structure constitutes of the boundary condition of the potential flow problem. In wet part analysis, similar with in-vacuo analysis, the damping effects in the equation of motion are not included in the mathematical by assuming that the resulting velocity field across the surrounding fluid medium is negligible. The wet part of linear hydroelasticity theory involves the determination of the fluid forces acting on the structure by calculating the fluid pressure field generated by the modal vibrations of the elastic structure. In this study, fluid-structure interaction forces were obtained by means of boundary element based potential flow analysis along the fluid-structure interaction surface, which was performed by distributing constant strength point sources placed on to geometric centre of each boundary element. By means of this theory it is possible to determine the dynamic characteristics of marine vessels or offshore structures moving around the free surface, as well as structures within the infinite fluid environment partially submerged into and/or partially filled with liquid.In this study, the dynamic characteristics of structure partially in contact with fluid where the free surface effects are introduced into the problem, as well as the structures totally immersed into the unbounded fluid medium in which the free surface effects is not been taken into account, are investigated. In the dynamic fluid-structure interaction problem, it is assumed that the structure vibrates at relatively high frequencies, thus, it is possible to neglect the effect of the free surface waves occurred due to the dynamic motions of the fluid-filled and/or submerged structure in the suggested mathematical model. The linearized free surface condition is introduced into the mathematical model by the image method. For this purpose, submerged part of the structure is mirrored outwards as the free surface becomes mirror line. Application of image method involves mirroring the boundary conditions constituted by modal displacements through the wetted surface, also named by kinematic boundary conditions, with opposite sign as free surface becomes mirror line. By this way, the linearized free surface condition is reduced to classical Neumann problem. In the absence of axial flow, generalized hydrodynamic damping coefficients considered to be zero. Therefore, interaction between the structure and fluid takes place only through the added mass matrix which is made up of added mass coefficients that represents the increment of the kinetic energy of the fluid. The added mass matrix is formed by boundary element based potential flow analysis that each coefficient of the matrix is calculated by integrating velocity potentials obtained by using the fundamental solution of the Laplace problem along the entire surface of the structure in contact with the fluid.After forming the added mass matrix, it is possible to obtain each wet natural frequencies and corresponding mode shapes by solving the eigenvalue problem representing the motion of the structure in the fluid environment. The validity of the mathematical model where the structure is in the infinite fluid environment is investigated for the spherical and cylindrical shells by the analytical solutions. In the case where the structure is in the infinite fluid environment and the free surface effects are neglected, it is observed that the interaction between the natural modes is weak because of the non-diagonal added mass terms being very close to zero. From here, the result is that there is no energy transfer between the natural modes when the structure is infinitely immersed in the fluid and the free surface effects are absent, and therefore mode shapes of the structure under the wet state and vacuum conditions are in same geometric configuration.In the case where the cylindrical shell partially in contact with the fluid in the horizontal position, the results obtained by including free surface effects are compared very well with those obtained by the experimental and numerical studies in the literature. Due to presence of the free surface it has been observed that some of the non-diagonal terms of the added mass matrix are considerably larger than the others so that the interaction between some natural modes of the structure is strong due to presence of the free surface. It is also observed that due to strong interaction between some particular modes, there is a significant difference between the wet and in vacuo mode shapes. 127

Hızlı bir gelişim içerisinde bulunan teknoloji, farklı karakterdeki yapılara duyulan talebi de arttırmıştır. Farklı taleplerin de etkisiyle yapıların yalnızca bir veya birkaç görevi yerine getirebilmesi artık yeterli olmamaktadır. Teknolojik gelişmelere paralel olarak, üretilen herhangi bir yapı kısa süre içerisinde dahi farklı çevresel şartlara maruz kalabilmektedir. Belli şartlar belirlenerek yapılan deterministtik kabuller ve tasarımlarda kullanılan sabit veriler, farklı görevleri aynı başarı seviyesinde tamamlamayı amaçlayan yapıların isteklerine tam anlamıyla karşılık verememektedir. Diğer taraftan, tasarımların oluşturulmasında kullanılan veriler veya değişkenler farklı belirsizlikleri bünyelerinde barındırırlar. Belirsizlikler sebebiyle yapıların belirlenen çalışma şartları altında başarısız olma olasılığı bulunmaktadır. Yapıların tasarım aşamalarında belirlenen sınırlar içerisinde veya karşılaşabileceği farklı şartlar altında ne kadar güvenli olabileceğinin belirlenmesi gerekmektedir. Yapısal güvenilirlik analizleri yardımıyla, yapıların belirlenen sınırlar içerisindeki güvenlik durumu ve başarısız olma olasılıkları belirlenmektedir. Güvenilirlik analizleriyle, yapısal sistemlerin istenilen veya tanımlanan çalışma düzeylerine ulaşabilme olasılıkları açıklanmaktadır. Bu çalışmada da gemilerin yapısal karakterlerinin güvenilirlik yaklaşımları kullanılarak değerlendirme süreçleri üzerine incelemeler yapılmıştır.Gemilerin yapısal güvenilirliklerinin değerlendirilmesi planlı bir süreçtir. Sürecin başarılı bir şekilde yönetilmesi için yapısal güvenilirlik kavramları detaylarıyla incelenmiştir. Süreçlerin önemli bir aşaması da kullanılacak yapısal güvenilirlik metotlarının belirlenmesidir. Gemilerin yapısal güvenilirliklerinin incelenmesinde; direk güvenilirliğe ve direnç faktörlerine dayalı olmak üzere iki farklı metot genel olarak kullanılabilir. Bu metotlar kullanılacak verilere, rastgele değişkenlere ve yapının kullanım amaçlarına göre dört farklı düzeyde incelenebilir.Güvenilirlik, incelenen yapının başarısız olma ihtimallerinin belirlenmesiyle açıklanmaktadır. Dolayısıyla kullanılacak güvenilirlik metodu belirlendikten sonra, incelenen yapının başarılı olarak görevlerini yerine getirdiği şartların belirlenmesi gerekmektedir. Bu şartlar tasarım sınırları olarak da kullanılmaktadır ve gemi yapılarının çalışma şartlarına, çevresel faktörlere veya benzer değişkenlere göre farklılık gösterebilmektedirler. Limit durum sınırları olarak da tanımlanabilen bu şartlar, gemilerin başarması beklenen davranışları ile istenmeyen veya gemilerin başarısız oldukları davranışları arasındaki sınırdır. Nihai, servis, yorulma ve kaza durumları olmak üzere limit durum şartları dört farklı yaklaşıma göre değerlendirilebilir. Nihai, servis, yorulma ve kaza durumları olmak üzere limit durum şartları dört farklı bölüme ayrılabilir.Limit durumu fonksiyonu matematiksel olarak modellenerek, gemilerin yapısal olarak hangi durumlarda güvenli bölgede olabileceği irdelenir. Limit durum fonksiyonun 0' dan küçük değerleri aldığı bölge güvensiz, 0' a eşit olduğu bölge sınır ve 0'dan büyük olduğu bölgede güvenli alanları belirtir. Gemilerin tanımlanan limit durum fonksiyonuna göre güvensiz bölgede olma ihtimalleri araştırılarak, gemilerin yapısal olarak güvenilirlik seviyeleri ve indeksleri belirlenir. Yapısal güvenilirlik analizlerinin çözüm aşamalarında analitik veya simülasyon yöntemleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada Birinci ve İkinci düzey güvenilirlik yöntemleri, Hasofer Lind Güvenilirlik Yöntemi ve Monte Carlo simülasyon yöntemleri incelenmiştir. Bu yöntemlerdeki temel amaçlar, güvenilirlik indeksini en az hatayla hesaplamaktır. Analitik yöntemlerdeki yaklaşımlar benzer yapıda olsa da, incelenme aşamalarında önemli farklılıklar bulunmaktadır. Özellikle analitik metotlarda, incelenen limit durum denklemlerinin lineer yapıda olup olmadığı kontrol edilmektedir. Lineer yapıda olmayan fonksiyonlar, Taylor seri açılımı yaklaşımıyla lineerleştirilir. Yapılan seri açılımında, Birinci ve İkinci Düzey güvenilirlik Yöntemlerinde ortalama değerler kullanılır. Hasofer Lind yaklaşımında ise seriler tasarım noktalarında açılır. Monte Carlo yaklaşımı ise simülasyon yöntemidir. Rastgele değişkenlerin karakterlerinin detaylarıyla belirlenmesi Monte Carlo yönteminin başarısı için önemli bir süreçtir.Yapısal güvenilirlik yöntemlerinin detaylarıyla ilk üç bölümden incelendikten sonra, dördüncü bölümde gemilerin maruz kaldığı farklı yüklerin belirlenme aşamaları değerlendirilmiştir. Bu yük etkileri sakin su ve dalga kaynaklı olmak üzere iki farklı bölümde istatistiksel yaklaşımlar da kullanılarak incelenmiştir. Sakin su etiklerinin bulunmasında kullanılan Poisson yaklaşımı detaylarıyla incelenmiştir. Dalga kaynaklı yük etkileri için kullanılan dar ve geniş bant Gauss yaklaşımları, Rayleigh dağılımları, dalga teorileri ile birlikte incelenmiştir. Sakin su ve dalga kaynaklı yüklerin birlikte değerlendirilmesi ve istatistiksel yöntemlerle birleştirilmesi için sıklıkla kullanılan Ferry-Borges ve Castanheta modelinde anlatılmıştır.Tezin 5. bölümünde de örnek bir dökme yük gemisinin yapısal güvenilirlik seviyesi incelenmiştir. Örnek olarak bir dökme yük gemisi seçilmiştir. Dökme yük gemisinin güvenilirlik durumu dalga tepesi ve dalga çukuru durumu için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Hesaplamalar için geminin ana değerleri ve orta kesit çizimleri kullanılmıştır. Güvenilirlik analizleri birinci düzey güvenilirlik yöntemlerine göre 2Rrel programı kullanılarak hesaplanmıştır. İncelenen gemideki güvenilirlik durumu nihai güvenilirlik yaklaşımına göre değerlendirilmiştir. Nihai mukavemet değerleri, sakin su eğilme momenti ve dalga tepesi eğilme momenti verileri belirlenen rastgele değişkenlerle birlikte limit durum fonksiyonuna adapte edilmiştir. Değişkenlerin belirlenmesi ve değerlendirilmesi aşamalarında referans çalışmalardan faydalanılmıştır.Tezin 6. Bölümünde de incelenen örnekten elde edilen sonuçlar ve tezin genel durumu değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları da güvenilirlik yaklaşımlarının yapısal tasarımlarda kullanılmasının gerekli olduğunu göstermektedir.Güvenilirlik esaslarına dayalı gemi yapı analizleri ile tasarım yaklaşımlarına farklı bakış açıları kazandırılabilmektedir. Güvenilirlik düzeylerinin tespiti ile yapısal tasarımlar arasında kıyaslama daha kolay ve objektif bir şekilde yapılabilir durumlara gelmektedir. Gemilerin yapısal tasarımları için sıklıkla başvurulan klas kuruluşlarının kurallarında da güvenilirlik yaklaşımlarından da yararlanılmaktadır. Yapısal tasarımla veya farklı disiplinlerle ilgilenen mühendislerin güvenilirlik yaklaşımlarına hâkim olması hem mesleki hem de endüstriyel açıdan önemli yetkinler sağlayacaktır. Development of technology has increased the demand for different type constructions. Structures should be completed different type of jobs successfully at an assigned time, because requests can be changed swiftly in short periods. In parallel with technological developments, structure can be exposed to different environmental conditions even within a short period. Different type of structures needs unusual designs to answer different demands. Deterministic analyzes or solutions cannot be adequate for these demands. On the other hand, the data or variables used to construct the designs contain different uncertainties. Probality of failure can be occurred under specified operating conditions of structures due to uncertainties. It is necessary to determine how safe the structures can be within the limits determined during the design phase or under different conditions that they may encounter. Reliability analyses are used for determining safety level of structures. In addition, reliability analyses are dependent on probability of failure for structures. Determining the probability of failure is important to calculate safety of structures. Structural reliability analyzes help to find worst cases for structures. In addition, these cases guide to identify safety-working constraints of structures Moreover, the structural behavior of ships has researched with reliability methods in this study.Assessing the structural reliability of ships should be a planned process. Reliability analyses of structures are remarkable process and all of the details scrutinize very attentively. One of the important step in the process is to determine the structural reliability methods to be used. In reviewing the structural safety of ships, two different methods can be used in general to be based on direct reliability and resistance factorsTwo different methods can be used interviewing the structural safety of ships. First, one is direct reliability method and the other one is resistance based method. These methods are examined at four different levels depending on the usage, random variables and the intended use of the structure. Reliability is explained by determining the probality of failure of the studied structure. Therefore, the method of reliability to be used has been defined, the conditions under which the investigated structure successfully performs its conditions should be determined. These conditions can be identified as design limits. These limits depend on the environmental factors, similar variables and operating conditions of the ship structures. These limit conditions, which can be defined as limit states, are the boundary between the expected behavior of the ships and failed states. Limit states conditions, can be evaluated according to four different approaches; Ultimate limit state, accident limit state, service limit state and fatigue limit state.The limit state function is modeled mathematically. This function is examined in which states the vessels can be structurally safe. When the limit state function takes values lower than 0, the region is called unsafe. Where the limit state function is greater than 0, the region is called safe. This function specifies the borderlines between the safe and unsafe regions. Ship indices and reliability levels of structure are specified with the help of defined limit state function by calculating the probability where the ships are in the unsafe regions. Two main reliability methods are detailed in this study. They are analytical and simulation methods. First and Second Order Reliability Methods, Hasofer Lind Reliability Method are analytical methods and Monte Carlo Method is example of simulation method. All of these methods are clarified with ship structural reliability process. The main objectives in these methods are to calculate the reliability index at least failure rate. Solution procedures of analytical methods are similar to each other but there are some important details in analyzing period. Derivation and consideration of data operations are different. First, limit state function is checked in analytical process. If it is nonlinear, limit state function should be linearized. Generally, Taylor series are used for this linearization analysis. Average values used in the linearization of First and Second Level Reliability Methods. On the other hand, series expand at design points in the Hasofer Lind method. The Monte Carlo approach is a simulation method that collecting or defining of the random variables is an important process for the success of this method.Structural reliability methods are examined in detail in the first three chapters. In the fourth section, different ship loads affects identified. These load effects examined as still water and wave-induced bending moments. The Poisson approach that used for the identification of still water effects has been examined in detail.Rayleigh distributions, Narrow and Wide band Gaussian methods are used for explained wave induced loads .On the other hand, most of the researchers select Ferry-Borges and Castanheta to explain still water and wave induced load combination effects.In chapter 5, the structural safety level of a sample dry cargo ship is examined. Bulk carrier was selected for example analysis. The reliability state of the dry cargo ship is calculated for hogging and sagging conditions Mid ship section details and ship main specifications are used to examine of example ship reliability situation. On the other hand, these details were used for the reliability calculations which 2Rrel program is used. Reliability analyzes were calculated using the 2Rrel program according to the First Order Reliability Methods.In the example of this study, the limit state function for the final strength state of a ship was determined and reliability analyzes were performed. Along with adding uncertainty effects to the limit state function, the solution equation used in the sample reliability analysis was obtained. In structural ship designs based on reliability principles, uncertainties are particularly important when design impacts of loads are determined. The effects of the resulting uncertainties, along with standard deviation values and coefficient of variation, have been added to the structural safety analyzes. Ultimate strength model uncertainty, still water bending moment uncertainty, wave bending moment uncertainty and the nonlinear calculation uncertainty parameters are included in the analysis of the limit state functions for the ultimate strength state as well as in the case study.The reliability level of the example ship evaluated with ultimate reliability approach.Ultimate bending moment, still water bending moment and wave induced bending moments are used to define limit state function for ultimate strength state. They are defined with uncertainty parameters and their statistical data. Evaluation methods for variables selected from reference researches.The results obtained from the sample examined and the overall situation of the thesis evaluated in Chapter 5. After that study, we can easily said that reliability approaches are necessary for structural analysis and designsDifferent design approaches can be gained by analyzing ship structures based on reliability principles. Benchmarking between reliability levels and structural designs is easier and more accurate with reliability analyzes. Reliability approaches are also being used in the rules of the classification societies, which are frequently referred to for the structural design of ships. We hope that this study will help engineers, students and researchers, which are interested in structural design, to evaluate structural designs from other approachments. 87

Bu tez çalışmasında, izogeometrik analiz teorisinin kiriş ve levhalarla ilgili yapısal problemler üzerine uygulamaları incelenmiştir. İzogeometrik teorinin temel amacı, geometrik tanım için kullanılan fonksiyonların, aynı zamanda analizin şekil (dağılım, yaklaşım, test, deneme) fonksiyonları olarak kullanarak, bilgisayar destekli tasarım (BDT) ile sonlu elemanlar analizini (SEA) tek bir çatı altında toplamaktır.Bir mühendislik sürecine bakıldığında, tasarım ve analizin iki önemli aşamayı oluşturduğu açıktır. Tasarım, oluşturulmak istenen sistemin geometrik bilgisinin oluşturulduğu ve geometrinin detaylı bir şekilde temsil edilip sunulduğu aşamayı oluştururken, analiz kısmı yapının iç ve dış yükler altında göstereceği ilgili kritik tepkilerin olayın doğasına giderek matematiksel modelleme ile ön görülmesini sağlayan aşamadır. Fakat, tipik bir mühendislik sürecinde bu kadar önem arz eden iki aşama uzun yıllardır birbirinden ayrı durmaktaydı. Tasarım aşamasından sonra analize geçildiğinde geometri tekrar tanımlanıp, ağ yapısı oluşturma işlemi yapılması gereklidir. Sonlu elemanlar analizi mevcut geometriye, Lagrange polinomları gibi tanımlanması ve hesaplanması basit, düşük mertebeli fonksiyonlar ile yakınsamaya çalışırken, bilgisayar destekli dizayn, gelişen teknoloji ile beraber arzu edilen geometriyi yüksek mertebeli (Bézier eğrileri, B-spline veya uniform olmayan B-spline eğrileri (NURBS)) eğriler ile tanımlar. Dolayısıyla tasarım aşamasından sonra analize geçildiğinde geometri tekrar tanımlanıp, ağ yapısı oluşturma işlemleri klasik SEA yaklaşımının muhtemel olarak ortaya çıkarabileceği bir takım yakınsama, hassasiyet ve benzeri hataları azaltmak için son yıllarda yüksek doğruluklu geometrik tanımlama ile ilgili yapılan çalışmalar hızla artmış ve çeşitli yeni yaklaşımlar araştırmacılar tarafından ortaya konmuştur. Bu çalışmada da, BDT ve SEA aşamalarını tek bir çatı altında toplayarak, NURBS tabanlı izogeometrik teori tanıtılmış ve bu iki farklı yapının (BDT ve SEA) nasıl bir araya getirildiği, geliştirilen izogeometrik kodların bir bilgisayar destekli dizayn programı ile ilişkilendirerek gösterilmiştir.Bu kapsamda, izogeometrik analizin temellerinden bahsetmeden önce, ilk olarak Bézier, B-spline ve NURBS eğrilerinin matematiksel temelleri, birbirleriyle olan ilişkileri ve sahip oldukları özellikler ayrıntılı bir şekilde tanıtılmış ve böylelikle klasik sonlu eleman şekil fonksiyonları ve ağ yapısı oluşturma konularında farklı ve benzer olan özellikleri ortaya konmuştur. Daha sonra, izogeometrik analiz için fazlasıyla önem taşıyan ağ yapısı modifikasyonlarından bahsedilmiş, klasik SEA ağ modifikasyonlarından farkları ve benzerlikleri ortaya konmuştur. Sonrasında, bu eğrilerin analizin şekil fonksiyonları olarak nasıl kullanıldığından bahsedilmiştir.İzogeometrik analiz ile BDT yardımıyla oluşturulan geometrinin direk sistemin analizi için de kullanılması sağlanır ve bu durumda klasik SEM yaklaşımında yer alan geometriyi düşük mertebeli fonksiyonlarla tanımlamaya (yakınsamaya) çalışma ve sonrasında gerekli olan ağ yapısı oluşturma işlemleri de ortadan kalkmış olur. Bu durumda mevcut zaman kayıplarının önüne geçilmesini sağlar. Tez kapsamında analizlerin şekil fonksiyonları olarak NURBS eğrileri kullanılmıştır.İzogeometrik teori, sonlu elemanlar literatüründe fazlasıyla popüler olan izoparametrik sonlu elemanlar yaklaşımını temel alır. Nümerik yöntem olarak Galerkin yöntemi seçilmiştir. Galerkin yöntemi sonlu elemanlar analizi literatüründe de sıklıkla karşılaşılabilen bir nümerik çözüm yöntemidir (Galerkin Finite Element). Bu yöntem de ilk olarak incelenen problemin matematik modeli diferansiyel formda (strong form) elde edilir ve daha sonrasında problemin varyasyonel formu (variational or weak form) tanımlanır. Sonrasında, bu form içerisinde ağırlık (weight) ve deneme (test) fonksiyonları tanımlanarak lineer denklem sistemi ve bu sistemin matris formu (katılık matrisi, yük ve yer değiştirme vektörleri) elde edilir. Ağırlık ve deneme fonksiyonları NURBS eğrileri ile tanımlanır. SEM yaklaşımında yer alan, ağ yapısı tanımlayan düğüm noktalarının (nodes) yerini, izogemetrik analizde, eğrilerin tanımlanmasını sağlayan kontrol noktaları (control points) alır.Analizde dikkate alınması gereken fiziksel, parametrik ve doğal koordinatları barındıran üç farklı tanım bölgesi vardır. NURBS şekil fonksiyonları parametrik uzayda tanımlanıp ve değerleri hesaplanırken, mevcut fiziksel uzaydaki tanım kontrol noktaları ile sağlanır. Parametrik uzaydaki değerler elde edilebildiği için integrasyon bu uzayda gerçekleştirilir ve dönüşüm matrisi (Jacobian) yardımıyla fiziksel uzaydaki değerler elde edilir. Sayısal integrasyon ise doğal koordinatları barındıran eşlenik uzayda gerçekleştirilir, bunun için de yine ayrı bir dönüşüm matrisi daha tanımlanır.Sayısal örnek kısmında ise dört farklı yapısal probleme; kiriş basit eğilmesi, kiriş modal analizi, levha eğilmesi ve levha modal analizi problemlerine yer verilmiştir. İlgili sayısal örneklerin izogeometrik analiz formülasyonları ve çözüm için izlenen yol, katılık ve kütle matrislerinin, yük vektörlerinin nasıl edildiği anlatılmıştır. Kiriş problemleri için Euler-Bernoulli kiriş modeli seçilirken levha problemleri için klasik plak teorisi (Kircchoff plak teorisi) göz önünde bulundurularak problemler çözülmüştür.Problemlerde ele alınan geometriler ticari bir BDT programı olan Rhinoceros 5 ile oluşturulmuştur, programın kendi bünyesinde barındırdığı komutlarla ağ modifikasyonunu yapma olanağına sahiptir. İzogeometrik analiz kodları ise Matlab R2012b programı yardımıyla oluşturulmuştur. Gerekli bütün temel kodların algoritmaları Piegl ve Tiller (1997) ve Rogers (2001) kaynaklarında bulunmaktadır. Ayrıca, yine Rhinoceros 5 içerisinde oluşturulan altprogramlarla, oluşturulan geometrilerin bilgileri dış ortama alınıp, Matlab yardımıyla oluşturulan izogeometrik analiz kodları ile ilişkilendirilmiştir. Böylece, bir BDT programıyla hazırlanan kodların birlikte aynı ortamda çalışmaları sağlanmıştır.Analizler farklı NURBS yapıları için tekrar edilmiş ve sonuçlar hem kendi aralarında hem de analitik ve SEM sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Verilen sonuçlarla bu yöntemin geçerliliği, standart SEM yaklaşımına göre güçlü yanları ortaya konmaya çalışılmıştır. Her şeyden önce yöntem BDT ve SEM çalışma ortamlarını bir araya getirerek daha integre bir yapı sunmaktadır.Nihai sonuçlar göstermektedir ki izogeometrik analiz yakınsama ve hassasiyet konusunda üstün özelliklere sahiptir. Bunun da en önemli sebebi yüksek mertebeden eğrilerin analizin şekil fonksiyonları olarak atanmasıdır. Seyrek olarak oluşturulmuş ağ yapılarında bile doğru sonuca çok yakın sonuçlar verdiği karşılaştırmalarla ortaya konmuştur. Fonksiyonların mertebelerini arttırarak düşük serbestlik dereceleri ve dolayısıyla düşük yoğunluklu ağ yapısı elde ederek, işlem hacminin küçültülmesine de olanak sağlamaktadır. Isogeometric analysis (IGA) is introduced and applied structural problems relate with beams and plates in this thesis framework. The main idea of isogeometric analysis is to combine Computer Aided Design (CAD) and Finite Element Analysis (FEA) tools and join them in a single tool because design (CAD) and analysis (FEA) stages are crucial for engineering processes and both of them have used different basis for many years. While classic FEA tries to approximate actual geometry using low-order and simply defined basis functions, IGA uses geometric definition defined exactly by CAD tools. Thus, geometry creates analysis in IGA and basis functions employed for both CAD and FEA are same.In this thesis, non-uniform rational B-spline (NURBS) is chosen for analysis basis because NURBS is quite common geometric tool in CAD technology due to its distinguishable flexibility and precision about creating curves and surfaces. Before getting into details of IGA, theory of NURBS and its antecedents; Bézier curves and B-splines is introduced and some examples are illustrated. Then, the theory of IGA is explained using Galerkin's method as numerical method. Actually, isoparametric finite element method which is very well known approach in FEA literature is invoked also in IGA. Actual geometry has its place in pyhsical domain and integration over elements should be performed in this domain. However, basis functions and their derivatives can be calculated in parametric domain and this makes necessary to define mapping from parametric domain to physical domain. On the other hand, another mapping should be defined for numerical integration on parent domain.As numerical method, Galerkin's approach is chosen and its steps and outputs are showed. In order to implement Galerkin's method, weak (variational) form of the problem is defined and then algebraic equations are obtained defining weight and test functions. IGA formulations are explained for four different problems; bending of beams, free vibration analysis of beams, plate bending and free vibration analysis of beam, IGA formulations are explained. And these problems are also used for numerical examples. IGA is performed with different NURBS structures and compared with analytic and FEA solutions. 75

Günümüzde mühendislik araçlarının dizaynı ve üretimi yapılırken genellikle iki temel kıstas üzerine işlemlere başlanır ve bitirilir. Bu şartlar tüm mühendislik araçları için aynıdır. Bunlar zaman kısıtı ve ekonomik kısıt yani yakıt kısıtıdır. Deniz araçlarında bu iki şartı birden sağlamanın yolu olabildiğince hafif araçlar üretmektir. Deniz araçlarında ağırlığı azalttıkça zamandan tasarruf edebilir aynı zamanda daha az yakıt harcamasını sağlayabilirsiniz. Tabi bu dizayn ve üretim süreçlerindeki en genel ifadedir, bu süreçlerde bir çok farklı kısıt ve koşul bulunmaktadır. Bu çalışmada, yakıt ve zamandan olabildiğince tasarruf sağlayabilmek için üretilen yüksek hızlı kompozit tekneler ele alınmıştır. Değindiğimiz gibi, deniz araçlarını hızlı ve yakıttan daha da tasarruf edecek şekilde dizayn ve imal etmek istiyorsak olabildiğince hafif üretmek önceliğimiz olmalıdır. Bu noktada deniz araçlarının imalat malzemesi ön plana çıkmaktadır. Seçeceğimiz malzeme deniz araçlarının performansına direkt etki etmektedir. Deniz araçlarının hafif olmasını isterken, tabi ki güvenliği de göz ardı edemeyiz. Malzemelerin minumum mekanik ve mukavemet özelliklerini karşılaması gerekmektedir. Bu durumda, kullanımı artık birçok sektörde iyice artan kompozit malzemeler denizcilik sektörü için de elverişili bir malzeme olmuştur. Yüksek hızlı teknelerde de kompozit malzemeler kullanılmaktadır. Yüksek hızlı kompozit teknelerin hafifliği ve yüksek hızlarda hizmet sunabilmeleri son yıllardaki üretimlerinin artmasına sebep olmuştur. Bu teknelerin zorlu deniz koşullarında, hızlı ve güvenli bir şekilde görevlerini yerine getirmeleri istenmektedir. Bu yüzden mekanik olarak bu şartlarda çalışmaya elverişili olmalılardır. Yüksek hızlı kompozit teknelerin çalışmaları esnasında, baş kısımları birbirinden farklı büyüklükte statik ve dinamik yüklere maruz kalmaktadırlar. Bu çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde yüksek hızlı teknelerin baş kısımlarının dövünme esnasında maruz kaldığı hidrodinamik kuvvetler hesaplanmıştır. İkinci bölümde ise yüksek hızlı teknelerde dövünme kuvvetlerine maruz kalan kompozit malzemenin statik ve dinamik davranışı incelenmiştir. Hidrodinamik basınç kuvvetleri bulunurken, tekne formunun V şekilinde olduğu kabul edilmiştir. Suya giren yapı rijit olarak alınmıştır. Akışkan ise durgun kabul edilmiştir. Akışkan aynı zamanda döndürülemez (irrotosyanel) ve sıkıştırılamazdır. Analitik çözümlerle basınç kuvvetleri bulunmuştur. Basınç kuvvetlerinin büyüklüğüne etkiyen bir çok parametre bulunmaktadır. Bunların başlıcaları V tipindeki yapının suya giriş açısı ve suya giriş hızlarıdır. Bu çalışma kapsamında farklı sayıda suya giriş açıları ve hızları için parametrik bir çalışma yapılmıştır. Yapı üzerindeki kompozit paneller referans bölgesi olarak ele alınmış basınç değerlerinin bu kompozit paneller üzerindeki değişimi gösterilmiştir. Kompozit paneller de farklı kenar oranlarına ( farklı boylara) sahiptirler. Bu durum kompozit panelin tamamının suya girişini değiştirdiği gibi, hidrodinamik darbeden dolayı oluşan basınç kuvvetinin değişmesine neden olur. Aynı zamanda kompozit plakların doğal titreşim frekansları da kenar oranlarının değişmesinden etkilenmektedir. Diğer bölümde ise, yüksek hızlı kompozit teknelerde kullanılan karbonfiber-epoxy malzemeden üretilmiş kompozit panellerin statik ve dinamik analizi yapılmıştır. Hidrodinamik darbeden doğan basınç kuvvetlerinin bulunması için malzemenin ne olduğunun önemi yoktur, o bölümde malzeme rijit kabul edilmiştir. Bu bölümde ise aynı ölçülere sahip panellerin karbonfiber-epoxy malzeme ile üretildiği kabul edilmiş ve bu kompozit malzemelerin statik analizleri yapılmış, doğal frekansları bulunmuştur. Kompozit malzemelerin yapısal davranışlarını etkileyen bir çok faktör bulunmaktadır. Bunların en önemlilerinden bir tanesi de fiberlerin yönelim açıları ve katmanların dizilimleridir. Nasıl bir mekanik davranış sergileyeceklerini daha önceden bilmek kaydıyla kompozit malzeme kullanırken farklı yönelim açıları ve dizilimler bir çok avantaj getirir. Farklı kombinasyonlarla farklı mekanik özellikler elde etmemizi sağlar. Bu çalışmada kompozit panllerin iki farklı sınır şartında mekanik özellikleri incelenmiştir: Dört kenar basit mesnetli ve dört kenar ankastre mesnetli. 5 farklı kenar oranına sahip panellerin herbiri 5 farklı dizilime sahiptirler. Tüm bu durumların kompozit panellerin statik ve dinamik davranışına olan etkisi ağırlı artıklar yöntemi olan Galerkin yöntemiyle ve sonlu elemanlar analizi yapan bir program olan Abaqus CAE ile incelenmiştir. Galerkin yönteminden ve Abaqus sonlu elemanlar yazılımından elde edilen sonuçların uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir. Before design and production process of every kind of engineering vessels; including airccraft, automotive and marine vessels need to achive two important items. Every engineering vehicle needs to be fast not to consume so much time. Another target of engineering vessels is not to consume too much fuel to be more economically. Marine vessels are designed and built to be more light to achive these two important items. We can achive not to consume too much time and fuel by building lighter vessels. Light vessels provide to achive both of them at the same time. There are lots of targets and constraints while designing and building marine vessels except these two targets about time and fuel. In marine sector, there are lots of vessel types have built up to now and so on. These vessels have different missons and different service areas. This diversity of marine vessels is being larger and larger dy by day. All vessel owner wants fast and economical boats. It doesn?t change this matter the boat type and the service area. In marine sector, to make the boats faster and low fuel consumer, the boats are produced more lighter. In this work, a mechanical analysis has been applied for the high speed boats. As we said before, if we would like to consume less fuel and less time, we have to build the marine vessels lighter. At this point, the building material of marine vessels have important role at the weight of the marine vessel. While we traying to build lighter vessels, we also have to consider the safety. We mean mechanical properties and strength of the marine vessels. To achive all of these aims together, composite materials are very suitable for marine vessels. These materials have a large area of usage at different engineering industries including aircraft, marine and automotive sectors. At the production of high speed marine vessels, composite materials are used mostly. The demand to the high speed vessels is increased because of different reasons. These kind of boats need to achive their missons whatever the sea condition at the high speeds. At these conditions, these boats need to be reliable mechanically. In this work, the bow-flare of high speed boats are investigated. The bow-flares of high speed boat are exposed different kind of static and dynamic loads.This work includes two main parts. In first part, hidrodinamik impact pressures are investigated analitical. In second part, the static bending and dynamic behavior is investigated to the composite panels which are used at the bow-flares of marine vessels. In rough seas with large relative vessel motion, slamming may occur with large water impact loads. Usually, slamming loads are much larger than other wave loads. Sometimes marine vessels suffer local damage from the impact load or large scale buckling on the deck. For high-speed marine vessels, even if each impact load is small, frequent impact loads accelerate fatigue failures of hulls. Thus, slamming loads may threaten the safety of marine vessels. The expansion of marine vessel?s size and new consepts in fast marine vessels have decreased relative rigidity causing in some cases serious wrecks. A rational and practical estimation method of wave impact loads is thus one of the most important prerequisites for safety design of marine vessels. Wave impact has challenged many researchers and it acan be said that the mechanicsm of wave impacts are correctly understood for the 2-d case, and accurate impact load estimation is possible for the deterministic case. The long-term prediction of wave impact loads can be also given in the framework of linear stochastic theories. However, our knowledge on wave impact is still far from sufficent. In this work, we investigated the pressures which occurs while the boat slamming. The fundamental hypotheses of the mathematical description of the fluid are recalled that; the fluid is initially at rest, inviscid, incompressible and irrotational. The body is infinetly rigid, gravitational force is neglected and the atmospheric pressure is equal to zero. The effect of air trapped between the body and the free surface of the water is negligible. While slamming, mostly bow section of the marine vessels exposed to impact pressures. Here, the bow section of marine vessels assumed as a wedge shaped.Here for the analysis, the wedge shaped bow section of the vessel is partially modeled as composite rectangular plate. There are two general parameters which affect the impact pressures. These are the vertical velocity of the vessel and the deadrise angle of the bow-flare section. The vertical impact velocities are constant even after the boat enter the water as many researchers has done. Different five velocities has been used for the analysis. These are 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2 m/s. The other parameter which effects the impact pressure is deadrise angle of the bow section of marine vessel. This deadrise angle of the vessel directly effects the wetting time of the bow-flare. Five different deadrise angles has been used for this work. These are: 5, 10, 15, 30, 45 degrees. Another parameter which effects the wetting of panels is the length of panels. At the wedge shaped bow section, referance panels are used to study. These panels length effect the wetting time and the distrubition of the pressure. The lengths of panels are 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5 meters. The analysis have been applied according to these parameters and impact pressures are investigated. The impact pressures are represented here in two different ways. Firstly the spatial impact pressure distribution at different times are represented. For different times, the impact pressure distribution along the plate is shown. Here, while the impact pressure sweeps the plate, the pressure changes at the different times. The second second way to show how the impact pressure distribution changes on the plate is temporal distribution. In this way, we can see that at a given point on the plate how the impact pressure changes according to time while the load sweeping accross the plate. In this way, we know the total time of splashing. When we define a point on the plate, from beginning to the end we can see the change of the impact pressure. The pressure at a given point starts from its maximum and after this point is under the free surface, the impact doesn?t change. At the second main part of this work, static bending and free vibration behavior of laminated composite panels whis is widely used at bow-flare of high speed marine vessels. Linear static analysis allows engineers to test different load conditions and their resulting stress and deformation. Bow-flares of high speed vessel?s are exposed to different loads. Knowing how a design will perform under different conditions allows engineers to make changes prior to physical prottyping, thus saving both money and time. Apart from static analysis, vibration analysis is also a critical component of a design. Any physical system can vibrate and the vibration of bow-flares of high speed vessels can cause hazardous results. The frequencies at which vibration naturally occurs and the mode shapes which the vibrating panles assumes are the properties of the system. The designer and marine engineer must know these properties of the system in order to design the high speed vessels against the failure due to vibrations. Inherent vibration modes in structural components or mechanical systems can shorten the equipment life and cause premature or completely unanticipated failure, often resulting in hazardous situations. Resonaces are determined by the material properties ( such as mass, stiffness, damping) and boundary conditions of the structure. If either the material properties or the boundary conditions of a structure change, its modes will change. Thats why, in this work a parametric study is applied for composite plates. Modes are used as a simple and efficent means of characterizing resonant vibration, which makes a structure to vibrate with excessive, sustained oscillatory motion. Resonant vibration is caused by an interaction between the inertial and elastic properties of the material within the structure. As we mention before, to make boats faster, the first thing we need is using lighter materials. Composite materials have found increasing applications in enginnering structures and in manufacturing industry. Composite materials can be optimized for strength, stiffness, fatigue, and heat and moisture resistance by changing the orientation of fibers. Composite materials have much higher strength to weight ratio than the conventional materials. The structural elements such as bars, beams, and plates are made of stacking together many plies of fiber reinforced layers in different angles to achive the desired properties. Because of all these reasons, mostly, high speed vessels built with composite materials. Inthis work, for different panels static and dynamic analysis is applied. All plates are rectangular laminated composite plates. The material is assumed carbonfiber-epoxy which has a high strength-weight ratio and high stiff-weight ratio like other composite materials. Two different boundary conditions is applied for all plates. These are all edges full clamped and all edges simple support boundary conditions. For the orientation three different angles are used 0, 45, 90 degrees whic are easy to use at production and the most used angles. Six different orientation and sequence is used for the static and dynamic analysis. The another parameter whic affect the static and dynamic behavior of composite panles is the aspect ratio. Aspect ratio has direct effect on the mechanical behavior of composite panels. Six different aspect ratios is analysed for this work. One edge of the panels has the constant length 0.5m., the other changes due to different aspect ratios. In this study, while investigating the maximum deflection and natural frequencies of the plates, the classical laminated plate theory which is based on the classical plate theory is applied. In the classical laminated plate theory it is assumed that the Kirchhoff Hypothesis holds. The bending and natural vibration of laminated composite panels are determined by using weighted residual method Galerkin formulation and finite element method Abaqus (CAE). The maximum deflections occurring at the middle of the plates are determined for all possible changes on the composite plates. The lowest four natural frequencies are determined for all possible changes on the composite plates such as, the change in the boundary conditions (all edge fully clamped and all edge simple supported), the change in the laminate configuration (six different symmetrical configuration), the change in the aspect ratios. The study shows that; the plates with the fully clamped and simple supported boundary conditions behave in a similar way for static deflections. The results of static bending analysis and natural free vibration analysis weighted residual method Galerkin formulation and Finite Element Method (Abaqus CAE) gives close results. 95

Bu çalışmada, stifnerli gemi panellerinin lineer ve nonlineer burkulma analizleri gerçekleştirilmiş, elde edilen sonuçlar literatürde yer alan çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Sonuçların literatür ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Öncelikle basit mesnetli bir levhanın burkulma analizi gerçekleştirilmiş, bu değer referans alınarak stifnerlerin panel burkulma gerilmesine etkisi Sonlu Elemanlar Yöntemi ile incelenmiştir. Ayrıca iki yönlü eksenel yükleme altındaki stifnerli panellerin burkulma davranışları Minimum Potansiyel Enerji Teoremi ve Sonlu Elemanlar Yöntemi ile incelenmiştir. Analitik çözümde artık gerilmeler ve levha - stifner etkileşimleri dikkate alınmıştır. Parametrik çalışma gerçekleştirilerek levha kenar oranının, levha kalınlığının ve stifner gövde yüksekliğinin panel burkulma davranışına etkisi incelenmiştir. Levha kenar oranı ve levha kalınlığı panel burkulma gerilmesi üzerinde oldukça etkilidir. Stifner gövde yüksekliğinin etkisi ise ihmal edilebilir seviyededir.Gemi panellerinin nonlineer burkulma davranışları ve nihai yük taşıma kapasitelerini incelemek amacıyla nonlineer sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar literatür ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatür ile uygunluk göstermektedir. Levha kalınlığının, stifner gövde yüksekliğinin, stifner tipinin ve yanal yükün panel nihai yük taşıma kapasitesine ve göçme davranışına etkisi incelenmiştir. Köşebent profil, lama profil ve T profil kullanılan paneller içinde nihai mukavemet açısından en iyi seçimin T profil olacağı görülmüştür. In this study, linear and nonlinear buckling analyses of stiffened panels are carried out. The results are compared with literature and it is observed that results are consistent each other. Initially, buckling analysis of a simply supported plate is carried out. Effect of stiffeners for stiffened panels is investigated by Finite Element Method and results are compared with the buckling strength of simply supported plate. Furthermore, buckling strength of stiffened panels under biaxial thrust is calculated by Finite Element Method and Principle of Minimum Potential Energy. In the analytical study, plate ? stiffener interaction and welding residual stresses are considered. Effect of plate aspect ratio, plate thickness and stiffener web height on buckling strength is investigated. Plate aspect ratio and plate thickness have great effects on buckling strength of stiffened panels. Effect of stiffener web height can be neglected.Nonlinear finite element analyses are carried out in order to determine the ultimate strength and collapse behavior of stiffened panels. The results are compared with literature and it is observed that results are consistent each other. Effect of plate thickness, stiffener web height, stiffener type and lateral pressure on ultimate strength of stiffened panels is investigated. T-bar stiffener is the best choice among the investigated T-bar, angle bar and flat bar stiffeners. 73

Bir gemi veya açık deniz yapısının tasarım sürecinde, bir gemi inşaa mühendisi maliyet, güvenlik, güvenilirlik, performans ve daha birçok kriteri göz önünde bulundurur. Bu yüzden; güvenli sahada kalmak adına geçmişten beri kullanılan ve yari ampirik temelleri olan kurallar baz alınarak tasarımlar yapılmaktadır. Dolayısıyla, üretilen gemiler veya açık deniz yapıları ya gerektiğinden fazla ağır üretilir ve seyredeceği deniz şartlarında gerekli performansı veremeyebilir. Bu yüzden, deniz yapıları ve gemiler üzerinde yapısal anlamda daha detaylı ve gerçekçi incelemeler yapılması gerekmektedir. Bir tekne yapısı tasarım aşamasında statik veya sanki statik analizlerden gelen sonuçlar ile boyutlandırılır. Ancak, gerçek fiziksel ortamda gemi şartları deniz ve rüzgar tarafından belirlenen dinamik bir ortam için tasarlanmalıdır. Hidroelastisite, teorik olarak bir sıvı içinde haraket eden elastik bir yapının dinamik davranışlarını incelenmesidir. Bu teori bir gemi veya açık deniz yapısı için uygulandığında; yapı üzerindeki gerilmeler, elastik ve rijit yer değiştirmeler deniz durumundan kaynaklanan dış yükler altında belirlenebilir. Bu çalışmada, bir destek gemisinin düzenli dalgalar arasındaki hidroelastik davranışları sonlu elemanlar metodu ve panel metodu birlikte kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca, akışkan-yapı etkileşimi etkileri olan, genelleştirilmiş ek su kütlesi ve hidrodinamik sönüm katsayıları da frekansa bağlı olarak hesaplanmıştır. When designing a ship or an offshore structure, the naval architect has to meet requirements of initial cost, safety, reliability, performance and so on. For this reason, tends to rely heavily on semi-empirical rules based on past experience; the result is that designs evolve only slowly from one type of vessel to another. So as the years passed; a more detailed and realistic investigations of ships are required. The hull of a ship is usually based on considerations of static and quasi-static analyses, whereas in reality the structure will operate in conditions determined by the wind and the seaway. Traditionally, the behaviour of a moving floating structure in water has been divided somewhat artificially, into distinct subjects, each with its own basic assumptions. Hydroelasticity is the study of the behaviour of a flexible body moving through a liquid. When applied to a flexible ship hull or offshore structure, it may be used to determine stresses, motions and distortions under the actions of external fluid loadings arising from the seaway. In this study, the hydroelastic behaviour of a supply vessel under regular waves was investigated with using finite element method and panel method together. Also, the fluid-structure interaction effects are calculated in terms of the generalized added mass and hydrodynamic damping coefficients in the frequency domain. 105

Tüm mühendislik dallarında, güvenilirlik analizinin geçerliliği artmaktadır. Bir yapı içerisindeki başarısızlık durumları maliyetli ve ölümcül olabildiğinden mühendisler başarısızlık olasılığını azaltmaya çalışımaktadır. Güvenilirlik hesapları gemi inşaa mühendisiliği için de onlarca yıldır kullanılıyor ve yakın zamanda daha sık kullanılacak gibi gözüküyor. Güvenilirlik açısından yapılan gemi yapı analizlerinin pek çok yaklaşımı mevcut ver hedef güvenilirlik seviyeleri yeni yöntemler ve kurallar ile değişiyor. Bu tezde gemilerin orta kesitinin en yüksek mukavemetinin hesaplanış metotları açıklanacaktır. Hasofer-Lind güvenilirlik dizini ile birinci dereceden güvenilirlik analizi yapılacak ve normal dağılım göstermeyen değerlerin Hasofer-Lind dizininde çözümü için Rackwitz-Fiessler dönüşüm prosedürü uygulanacaktır. Güvenilirliğin önemli bir konusu olarak farklı sınır durumlarında analiz yapılıp karşılaştırması nümerik örnekler bölümünde işlenecektir. Bu bölümde ayrıca konunun anlaşılabilmesi için 2 basit örnek daha gösterilmiştir. Ayrıca, güvenilirlik analizinin temel konuları ve bunların gemi yapılarına uygulanışına değinilmiştir. In all engineering disciplines, reliability considerations are playing increasing role. Since failures in a system increase costs or be fatal, engineers are trying to minimize the probability of failures. Relibility calculations have also been used in naval architecture for a number of decades and seem to be much widely used in the near future. There are many aprroaches to ship constructural analysis from the reliability perspective and as time goes, target reliability levels change to due change of methods and regulations. In this thesis, the methods to calculate ultimate hull girder strength of ships will be explained. The first order reliability method with Hasofer-Lind reliability index will be used and Rackwitz-Fiessler method will be applied to find equivalent normal variables of nonnormal variables in order to use Hasofer-Lind reliability index. As an important part of the reliability methods, the different limit state functions will be shown and a comparison of results of two different limit state functions calculated by Hasofer-Lind reliability index will be done in the numerical examples section. In this section, there are also two very simple examples to express the basics of these methods. Also, basic concepts of the reliability subject and its application to ships will be mentioned briefly. 47

Bu çalışmada, gemi yapılarında oluşan gürültü, gürültü kaynakları ve gürültüyü önlemek için yapılması gerekenler tanımlanmıştır. 10500 DWT' luk tankerin İstatiksel Enerji Analiz yöntemi kullanılarak gürültü analizi yapılmış ve analiz sonucu alınan sonuçlar sunulmuştur. Tankerin inşaası sonrası yapılan gürültü ölçüm sonuçları verilmiş ve ölçüm sonucu alınan gürültü seviyesi değerlerinin sayısal analiz sonuçlarıyla karşılaştırılıp, kullanılan sayısal yöntemin deneysel sonuçlara göre değerlendirilmesi yapılmıştır. In this study, what has to be required to do has been defined to prevent the noises and the source of noises created in ship structures. Noise analysis of 10500 DWT tanker has been done by using the method of Statistical Energy Analyis and the analysis results obtained have been submitted. The noise measuring results obtained just after the tanker has been built are given and the values of noise levels obtained at the end of the measuring have been compared with numerical analysis results, and numerical method which was used evaluation has been done according to the experimental results. 67

Bu çalışmada temel amacımız, gemi boyutlandırmasında sonlu elemanlar kullanımına bir prosedür önermek, ve bu önerilen prosedür çerçevesinde 9100 DWT?lik çok amaçlı bir kuru yük gemisinin yapısal analizlerini gerçekleştirmektir. İncelemiş olduğumuz gemi, geniş ambar ağzı açıklıklı, ve iki ambarlıdır. Hem iki ambarının olması hem de 170m den küçük olması nedeniyle sınıflandırma kuruluşlarının 170m üzeri gemiler için önerdiği gemi ortasındaki üç ambarın modellemesine dayalı direk hesap prosedürü kullanılamamaktadır. Tek ambarın modellemesine dayalı hesap prosedürü de bu tipte bir gemi için yetersiz kalmaktadır.Tek ambar analizinin yetersiz kalmasının en önemli nedeni; geminin ambar ağzı açıklıklarının fazla oluşu, bu nedenle de, yükleme durumuna bağlı olarak, ambar ağzı yer değişimlerinin en yüksek değerlerinin ambar ortalarında olmasının beklenmesidir. Sınır koşullarının maksimum yer değişmelerin olduğu bölgelere uygulanması sağlıklı bir analiz yapılabilmesi açısından sakıncalıdır.Bu durumda sonlu elemanlar analizi için bir prosedür önerilmiş ve bu önerilen prosedür doğrultusunda analizler yapılmıştır. Yapılan analizlerin neticesinde ambar ağızlarında oluşan yer değiştirmeler bulunmuştur. Ayrıca gemi üzerindeki belirli noktalarda bulunan gerilme değerleri de sonuç kısmında belirtilmiştir. Main aim of this work is to offer a FEM analysis procedure for small ,which are less than 170m in length, ships by means of strength, and analysing the 9100 DWT multi purpose ship with conventional finite element package programme.The ship which we analysed has large deck opening with two cargo hold and its length is less than 170m. Therefore we can not use the direct strength assessment method based on three cargo hold model. Because of the ship has large deck openings, it is expected that the maximum deflection of the hatchway coamings occur at the middle of the hatches. In one cargo hold model, the ships are modelled from the middle of the one cargo hold to the middle of the adjacent cargo hold, including the bulkhead. The boundary conditions are applied to the end of the model as well. Applying boundary condition to the place where the maximum displacement occurs, is not right way for this kind of analysis. For this reason a new procedure was developed.In this situation we offered an analysis procedure and tried to carry out structural analyses of a 9100 DWT multi purpose ship based on this procedure with conventional finite element package programme. As a result of analysis the displacement values of hatchway coamings has been determined and result has been presented including stress values. 73

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2007, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2007, Günümüzde, hızla gelişen teknolojik imkânların da etkisiyle, eskiye nazaran daha karmaşık ve daha büyük ölçekli problemler çözülebilir hale gelmiştir. Bu duruma iyi bir örnek olarak genetik algoritmalar yaklaşımının gemi yapılarının optimum tasarımı gibi çözümü zor problemlere uygulanmasını gösterebiliriz. Genetik algoritmalar optimizasyon açısından güçlü bir yöntem olmasına rağmen, çözüme ulaşmak için mevcut en hızlı bilgisayarlar bile kimi zaman yetersiz kalmaktadır. Buradan hareketle işlem yükünü hafifletmek üzere genetik algoritmaların performansına doğrudan etki eden analiz safhası için alternatif yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden olan yapay sinir ağları ve deney tasarımı yöntemleri sonlu elemanlar yöntemine alternatif olarak kullanılmak üzere modelleme açısından ayrıntılı olarak irdelenmiştir. Ayrıca kullanımları, örnek bir yapı problemi (stifnerli bir panelin burkulma hadisesinin modellenmesi) üzerinden uygulamalı olarak gösterilmiş ve sonuçları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir., Nowadays, with the help of rapid improvements in technology, more complex and much bigger scale problems are become solvable with respect to past. As a good example, optimum design of ship structures, which is a very though problem, can be solved with applying genetic algorithms. Despite the fact that genetic algorithms are very powerful for optimization, even the fastest computers available remain inadequate for reaching the solution. With this point in mind, to lessen the burden on genetic algorithms, some alternative methods are utilized for the analysis stage, which directly affect the performance. Two of these methods, namely artificial neural networks and design of experiments have been studied from the modeling point of view as alternatives to finite element method. In addition, the usage of the methods has been shown by applying them for a structural problem (modeling the buckling behavior of a stiffened panel) and finally results are comparatively analyzed., Yüksek Lisans, M.Sc.

Durağan ya da eksenel doğrultuda üniform olarak akan bir akışkan ortamıyla etkileşimiçindeki elastik sistemlerin dinamik analizi için, lineer bir hidroelastik çözüm metodusunulmuştur. Modal analiz tekniklerinden hareketle geliştirilen yaklaşım, bağımsız ikianalize, yapısal sönüm ve dış kuvvetlerin yokluğunda yapının dinamikkarakteristiklerinin belirlenmesi ve yapının akışkanla temastayken doğal modlarındahareket ettiği varsayımı altında, etkileşim kuvvetlerinin hesaplanması, dayanmaktadır.Akışkan-yapı sisteminin davranışı, hidrodinamik kuvvetlerin, yapısal sönüm ve varolandiğer dış yüklerle birlikte genelleştirilmiş hareket denklemine etkitilmesiylebelirlenmektedir. Çözümün ilk aşaması ANSYS sonlu eleman yazılımıyla, ikinci aşamaise yapının elastik haraketlerinin akışkan ortamında neden olduğu pertürbasyonlarıtanımlayan potansiyel problemin, akışkan-yapı arayüzü üzerinde bir sınır integraldenklemine dönüştürülmesiyle, sayısal olarak gerçekleştirilmiştir. Analizler sırasındaelastik yapının göreceli olarak yüksek frekanslarda titreştiği kabul edilerek, serbestyüzey dalgası etkileri ihmal edilmiş, ortaya çıkan serbest yüzey şartı ise imaj metodukullanılarak doğrudan sağlanmıştır. Genelleştirilmiş eksu kütlesi, hidrodinamik sönümve hidrodinamik rijitlik formunda elde edilen etkileşim kuvvetleri, akışkan ortamınınelastik yapı üzerindeki sırasıyla eylemsizlik ve titreşen yapı boyunca eksenel hareketiyleilişkili Coriolis ve santrifüj etkilerini temsil etmektedir. Metodun uygulamaları olarak,biri akışkanın durağan alındığı, diğeri eksenel akım etkilerinin belirleyici olduğu iki ayrıakışkan-yapı sisteminin, sırasıyla akışkan depolama tankları ve üniform eksenel akımetkisindeki silindirik kabuklar, kapsamlı analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilensonuçlar, sunulan hidroelastik metodun güvenilirliğini ve etkinliğini açıkça ortayakoymaktadır.Anahtar Kelimeler: Dinamik akışkan-yapı etkileşimi, Hidroelastisite, Sınır elemanmetodu, Dinamik stabilite, Eksenel akım etkisindeki elastik sistemler A linear hydroelastic solution method is proposed for dynamic analysis of elastic systemsin contact with quiescent or axially flowing fluid. The method is based on two separateanalysis: (i) evaluation of dynamic characteristics of the elastic structure in the absenceof any structural damping and external forces, and (ii) calculation of interaction forces,by assuming that the flexible structure vibrates in its in vacuo eigenmodes when it is incontact with fluid. In the former stage, a standard finite element software (ANSYS) isadopted and in the latter one, the potential problem defining the perturbations due toelastic vibrations is converted to a boundary integral equation over fluid-structureinterface and solved numerically. The dynamic behavior of the fluid-structure system isobtained from the solution of generalized equation of motion, incorporatinghydrodynamic loads, structural damping and other external forces. In this study, it isassumed that the elastic structure vibrates at relatively high frequencies so that theeffect of free surface waves can be neglected. The resulting free surface condition issatisfied by using method of images. The fluid-structure interaction forces are calculatedin terms of generalized added mass, hydrodynamic damping and hydrodynamic stiffness,due to the inertia, Coriolis and centrifugal effects of fluid, respectively. Two differentengineering systems, fluid storage tanks and cylindrical shells subjected to uniform axialflow, are studied. The obtained results clearly show the consistency and efficiency of theproposed hydroelastic method.Keywords: Dynamic fluid-structure interaction, Hydroelasticity, Boundary elementmethod, Dynamic stability, Elastic systems subjected to axial flow 249

Bu çalışmada, kuruyük ve tanker tipi gemiler için hayatı önem taşıyan , yükleme /boşaltma esnasında gemi stabilitesi ve gemi kirişinin mukavemet durumunu tespitedecek, kritik eğilme momenti ve kesme kuvveti bölgelerini gösterecek, mukavemetbilgisi sınırlı kaptan veya operatör tarafından rahatça kullanılacak interaktif bir yazılımgeliştirilmiştir. Gemi kirişi mukavemet hesabında, basit kutu kiriş mantığı ele alınmış vemevcut yükleme durumuna göre, gemi boyu doğrultusundaki değişimi gösterilmiştir.Geliştirilen yazılım, uluslararası kurallar dahilinde gerekli kriterleri sağlayacak şekildeele alınmış ve uygunluğuna bağlı olarak uluslararası sularda geçerliliğini ispatlamıştır.Sonuçlarına bakıldığında, böyle bir çalışmanın gerekliliği, gemilere sağladığı hızlı,doğru ve emniyetli çözümler açısından önemi gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler: Gemi Boyuna Mukavemet, Gemi Stabilitesi, Yükleme Bilgisayarı In this study it is prepared a software which is used to evaluate ship stability andlongitudinal strenght includes bending moment and shear forces that are also limitedknowledge for masters and operators, loading and unloading operation which is one ofthe important function for ship life. Simple box beam type gives great advantage to takeship model throughtout ship lenght to see longitudinal variation and also to calculateship longitudinal strenght. Developed software is helded to comply international rulesand it is also provided validity in international voyages within its suitability.Within the results ,this study provide great advantages which are quick, correct solutionand also make safety to ships during loading/unloading operations.Keywords: Ship Longitudinal Strenght, Ship Stability, Loading Instrument 74

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005, Bu çalışmada, kaynak nedeniyle gemi üretiminde oluşan deformasyonların ve artık gerilmelerin oluşma mekanizması incelenmiş, T bağlantı kaynağından dolayı yapıda oluşan deformasyonlar ve artık gerilmeler, sonlu eleman programı Sysweld kullanılarak hesaplanmıştır. Analiz iki aşamada yapılmıştır. Birinci aşamada sabit hızla hareket eden Goldak çift elipsoid ısı kaynağının yapı üzerinde oluşturduğu sıcaklık dağılımı, zaman alanında, metalürjik dönüşümlerle birbirine bağlı olarak ve sıcaklıkla değişen malzeme özellikleri için hesaplanmıştır. İkinci aşamada ise zamana bağlı termal analizden elde edilen ısıl yükler, yine zamana bağlı, nonlineer elostoplastik analizde kullanılmıştır. Elostoplastik analizde izotropik pekleşme modeli kullanılmıştır. Hesaplanan deformasyon değerleri, literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında, T bağlantı kaynağından dolayı yapıda oluşan ve dominant deformasyon olan, düşey yerdeğiştirme için çok yakın sonuçlar bulunmuştur., In this study, the mechanism creating deformations and residual stresses because of welding is investigated in ship production. Residual stresses and deformations created by T-Joint welding in the structure are calculated by using commercial finite element software Sysweld. A three dimensional welding analysis for a T-Joint is performed in two steps. In the first step, the temperature distribution created by moving Goldak double ellipsoid heat sources is calculated within the structure in time domain. In calculations, it is assumed that the temperatures are coupled with the metallurgical transformations and that the material properties changes with temperature. In the second step, the loads obtained from the thermal analysis are used in the time domain nonlinear elasto-plastic analysis. The isotropic strain hardening model is used in the analysis. The calculated deformations are compared with experimental results found in the literature. The experimental results for the dominant deformation, vertical displacement, are in very good agreement with the calculated results., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2003, Bu çalışmada bir gemi dizel makinesi ve bu makinenin tahrik ettiği bir pervane ile, ara şaft bağlantı elemanlarından oluşan sevk sistemlerinin burulmalı titreşim davranışı, Holzer metodu ile bilgisayar ortamında incelenmiştir.Sevk sistemi incelenirken oldukça karışık bir yapıda olan parçalar, dinamik model olarak adlandırılan daha basit bir sisteme indirgenmiştir. Bu model sistemi oluşturan elemanların, eş kütlesel polar atalet momentlerinin, aralarında yer alan şaft parçalarının eş rijitlik katsayıları ile birbirlerine bağlanması sonucu elde edilmektedir.Holzer metodu, üç kütleden daha fazla kütleye sahip sistemlerde çabuk,kolay ve doğru sonuçlar elde edilmesini sağlar. Holzer metodu tablolama yolu ile çalıştığından, her aşamada sistemin her parçası üzerine etki eden değerler görülebilir.İncelenmek üzere seçilen sistem, daha önce bir firma tarafından incelenmiştir. Bu sayede hazırlanan program ile elde edilen sonuçların doğruluğunun kontrol edilmesi mümkün olmuştur.Holzer metodu bilgisayar ortamına aktarılırken, Fortran programlama dili kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar tablolar halinde listelenmiş, ayrıca grafikler ile de karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar bulunan sonuçların yabancı firmanın bulduğu değerlere çok yakın değerler olduğunu göstermiştir. Ancak hazırlanmış olan program, bu çalışmada incelenen sistemden daha farklı elemanlara sahip olan sitemler için bir kaç ufak değişiklik gerektirmektedir., Within this study the torsional vibration behaviour of a marine propulsion system, which is consist of a marine diesel engine, a propeller, shaft and conection elements, is investigated by Holzer Tabulation Method under computer conditions.During the investigation of propulsion system the complicated elements are reduced to simpler system called “dynamic model”. This model is built by the connection of inertia moments and stiffness coefficients of the elements which constitutes the system.Holzer Tabulation Method gives fast, easy and correct results for systems which have more than three mass. The main pecularity of the ability of Holzer Tabulation Method is following the values, which gained from each step of the tabulation.The system chosen for the investigation has been formerly investigated by a firm. Hence control of the results obtained by this computer program has been possible.Fortran computer programming language is used for preparing a program for Holzer Tabulation Method. The results are listed in folders and also graphically compared by the foreign firm’s results. Comparision showed that the results are similar. However it is nedded to make some changes on the program for investigating a system which is different from ours., Yüksek Lisans, M.Sc.

BİR KONTE YNER GEMİSİNİN SONLU ELEMANLAR METODU İLE YAPISAL ANALİZİ ÖZET Bu çalışmada amacımız sonlu elemanlar metodu kullanarak bir konteyner gemisini, değişik yükleme durumları altoda yapısal davranışlarını incelemektir; Modellemede kullanılan gemi bir Ro-Ro/Lo-Lo konteyner gemisi olup tam boyu 115.40 m, genişliği 18.70 m, yüksekliği 10.50 m, draftı 6.8 m, taşıma kapasitesi ise 783 TEU 'dur. Gemi iki ambarlıdır. Geminin modellenen kısmı, ambarlan ayıran perdeden her bir ambarın orta noktasına kadar olan kısımdır. Geminin posta 74/5 ile 102 arasındaki bölgesi modellenmiştir. Modellenen elemanlar, birinci dereceden yapı elemanları olup dış kaplamanın yükler altında davranışını daha iyi modelleyebilmek için adi tülaniler de modellenmiştir: Bu çalışmada, geminin meyilsiz ve tirimsiz sakin suda olduğu düşünülerek hesaplamalar statik durum için yapılmıştır. Gemi bir kiriş gibi düşünülürse, kirişi kestiğimiz kesitte iç kuvvetler oluşur. Bunlar kesme kuvvetleri ve eğilme momentleridir. Geminin boyuna mukavemet hesabından alman bu değerler de dikkate alınmıştır. Bu etkiler modelin sonlarına normal kuvvet ve kesme kuvveti olarak etki ettirilmiştir. İki durum için geminin yapısal analizi yapılmıştır. Birincisinde modelin uçları ankastre mesnet olarak düşünülüp, bütün serbestlik dereceleri sıfırlanmıştır. İkinci durumda ise uçlarda tarafsız eksenden birer düğüm noktası tutturularak çözüm yapılmıştır. Diğer yandan gemi iki farklı yükleme altında düşünülmüştür. Önce modellenen kısım boş olduğu kabul edilerek yukarıda belirtilen iki farklı uç koşullan için analiz edilmiştir. Daha sonra modellenen bölgede 1050 t konteyner yükü olduğu düşünülerek yapısal analiz tekrar edilmiştir. ıx STRUCTURAL ANALYSIS ON A CONTAINER VESSEL BY USING FINITE ELEMENTS METHOD SUMMARY In this study, objective is to examine structural behaviour of a container vessel under various loading conditions by using finite element methods. The vessel used in the modelling is a Ro-Ro/Lo-Lo Container Vessel which has a length overall of 1 15.4 m, a breadth of 18.7 m, a hight of 10.5 m, a draught of 6.8 m and a container capacity of 783 TEU. The vessel has two holds. The modelled zone of the vessel is the zone from the bulkhead separating the two adjacent holds to the midpoint of the each hold. The zone between the fr. 74/5 and 102 is modelled for the study. The modelled elements are primary structural elements and ordinary longitudinals are also included in the model in order to model the shell plate behaviour better under the loads. In the study, the computations are carried out for static condition considering the vessel is at the still water and has no inclination and no draught difference between fore and aft. If we consider the vessel as a beam, internal forces occurs at the cross-section where the beam is cut. These are shear forces and bending moments. These values that are obtained from longitudinal strength calculations of the vessel are also taken into consideration. These effects are acted on the end of the model as normal forces and shear forces. Structural analysis of the vessel is done for two constraints: in the first, ends of the model are considered as fixed thus all degree of freedom is set to zero. In the second, solution is achieved by assigning a node point on the neutral axis at the each end. In addition, the two cases are examined both condition that the vessel is empty and loaded. Firstly, modelled zone is analysed for two different end constraints defined above assuming the vessel is empty. Later, structural analysis is repeated considering that a container loading of 1050 1 is acting on the modelled zone. 63