Kompozit Bir Teknenin Dip Levhasının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analizi ve Yapısal Optimizasyonu

Abstract

Gemi sanayinde üretim malzemeleri teknolojinin gelişmesine paralel yönde değişim göstermektedir. Eski çağlarda ağaç kütüklerinin birbirine bağlanması ile elde edilen sandallar zamanla yerlerini işlenmiş ahşaptan üretilmiş teknelere bırakmıştır. İnsanoğlu metalleri eritip şekil verebildiğinde ise demirden yapılma büyük ve dayanıklı gemiler üretilmeye başlanmıştır. Günümüz teknolojisinde ise demirden yapılan hantal gemilere alternatif olarak çok daha hafif benzer dayanımları gösteren kompozit tekneler üretilmektedir. Kompozit iki veya daha fazla materyalin birbiri içerisinde çözünmeden makro düzeyde bir araya gelmesi ile oluşan yapısal malzemedir. Gemi inşaatı sanayisinde polimer matrisli kompozitler kullanılır. Bu kompozitlerde reçine olarak en çok polyester, epoksi ve vinilester; lif olarak da en çok cam elyaf, karbon elyaf ve aramid elyaf kullanılır. Diğer tekne türleri gibi kompozit tekneler de üretilirken belli standartlar ve kurallara tabi tutulur. 24 metre ve altı tekneler daha çok Uluslararası Standardizasyon Teşkilatı’nın (ISO) koyduğu kurallar çerçevesinde boyutlandırılır. Standartlar teknenin taban, borda, güverte gibi kısımlarındaki plakaların ve destek elemanlarının dayanması gereken yüklemeleri ampirik formüller yardımı ile hesaplanmasını sağlar. Yapısal elemanlar boyutlandırılırken müşterinin isterileri, malzemelerin standart ölçülerde üretilebilirliği ve en önemlisi üretim maliyetleri göz önüne alınır. Üretim maliyetlerini düşürmek için farklı optimizasyon çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmada kompozit bir teknenin taban plakası üretim maliyetlerini düşürme amacıyla optimize edilmiştir. Literatürde daha önce kullanılan ölçülerde bir plaka ve plakayı destekleyen iki adet şapka tipi destek elemanı ele alınmıştır. Taban plakasına etki eden kuvvetler Uluslararası Standardizasyon Teşkilatı’nın belirlediği kurallar doğrultusunda tekne ve plaka ölçüleri kullanılarak bulunmuştur. Plaka bir sonlu eleman analizi yazılımı ile modellenmiş ve analiz edilmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmasında ilk olarak en uygun oryantasyon dizilimi aranmıştır. En uygun dizilim kullanılarak daha sonra plaka genişliği ve destek eleman yüksekliği optimizasyonu, katman kalınlığı optimizasyonu yapılmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde ilave bir güçlendirmeye gerek kalmadan sadece plakada açı ve katman optimizasyonu yapılarak çok daha az malzeme ile yeterli dayanımın sağlanabileceği gösterilmiştir.