Bağlama sistemi dinamik analiz yöntemleri

Rüzgar, dalga ve akıntı gibi dış kuvvetlere maruz kalan yüzen bir yapının, bulunduğu ortamdaki davranışının analizi için genellikle aşağıdaki yöntemler kullanılır (ISO, 2004):

• Frekans bölgesinde analiz • Zaman bölgesinde analiz

• Zaman ve frekans bölgesi birleşik analizi

Bu yöntemler farklı tahmin ve limit değerlerini gerektirdiğinden tutarlı sonuçlar vermezler. Bağlama sistemi tasarımı için seçilen yaklaşımın doğruluğunu test etmek için model test verileri veya değişik bir yaklaşım kullanmak uygun olabilir.

Frekans bölgesi yaklaşımı:

Bu yaklaşımda ortalama, düşük frekanslı ve dalga frekans cevapları için yapının davranışını tanımlayan genel hareket denklemleri ayrı ayrı çözülürler. Ortalama cevaplar sabit çevresel hareketler ve bağlama sisteminin geri getirme kuvvetleri arasındaki statik denge kullanılarak hesaplanırlar. Dalga frekansı ve düşük frekanslı yapı hareketleri hareket cevap istatistiklerini veren frekans bölgesi yaklaşımı kullanılarak hesaplanırlar. Daha sonra önemli ve maksimum beklenen cevaplar gibi ekstrem değerler, zirve olasılık dağılım fonksiyonları kullanılarak değerlendirilirler. Sonuç olarak dalga frekansı ve düşük frekanslı cevapların maksimum beklenen ve belirgin maksimum beklenen değerleri ortalama cevap olarak birleştirilirler.

Yüzen bir yapının tanımlanmasında, frekans bölgesini kullanan bir bağlama analizinde ilk olarak yapının ortalama konumu boyuna yöndeki, enine yöndeki ve savrulma yönündeki statik denge hesapları yapılarak belirlenir. Yapının konumunda ve hat gerilmelerinde önemli bir etkiye sahip olmayan savrulma momenti, çok noktalı bağlama sistemi donanımlı yapılar için ihmal edilebilir. Daha sonra dalga ve düşük frekanslı zorlamalara boyuna yöndeki, enine yöndeki ve savrulma yönündeki cevaplar hesaplanarak yapının ortalama konumuna eklenirler. Bu işlemlerin ana hatları aşağıdaki şekilde verilebilir (ISO, 2004):

• Rüzgar, akıntı hızları, karakteristik dalga yükseklikleri ve periyotları ile ilişkili olduğu yönler, fırtına süresi ile en yüksek ve işlemin yapılabileceği limit durumları gibi çevresel ölçütler belirlenir.

• Bağlama şekli yerleştirilecek bağlama hattı bölümlerinin karakteristikleri ve başlangıç ön gerilmeleri belirlenir.

• Tekneyi etkileyen ortalama çevresel yükler belirlenir.

• Elastik hat gerilme ve sürtünmesini içerecek şekilde ortalama çevresel yüklerin neden olduğu teknenin ortalama ofset değerleri statik bir bağlama analiz yaklaşımı kullanılarak belirlenir.

• Teknenin düşük frekanslı hareketleri belirlenir.

• Karakteristik ve maksimum dalga frekansı yapı hareketleri, uygun bir hidrodinamik hareket analizi aracı kullanılarak hesaplanır.

• Yapının maksimum ofset değeri asılı hat uzunluğu, yarı-statik gerilme ve çapa yükleri statik bağlama analiz aracı kullanılarak belirlenir.

• Maksimum beklenen hat gerilmesi ve maksimum beklenen çapa yükleri frekans bölgesi veya zaman bölgesi bağlama hat analiz aracı kullanılarak hesaplanır (sadece yarı-statik çözüm isteniyorsa bu adım ihmal edilir).

• Maksimum yapı ofseti ile asılı hat gerilmesi maksimum hat gerilmesi ile çapa yükleri tasarım ölçütleri ile karşılaştırılır. Tasarım ölçütleri hesaplanan değerleri karşılamıyorsa bağlama tasarım parametreleri değiştirilir ve bu analiz tekrarlanır.

Zaman bölgesi yaklaşımı:

Bu yaklaşımda yüzen yapının birleştirilmiş ortalama, düşük frekanslı ve dalga frekansı cevapları için yapının davranışını tanımlayan genel hareket denklemleri zaman bölgesinde çözülürler. Bu zorlama kuvvetleri dalga, rüzgar, akıntı, sevk sistemi vb. nedenli ortalama, düşük frekanslı ve dalga frekans etkilerini içerirler. Yüzen yapıyı bağlama hatları, rayzerler ve sevk sistemi davranışı ve etkileşimlerini tanımlayan tüm denklemler zaman bölgesi benzetimini kapsarlar. Tüm ana cevap parametrelerinin zaman verileri (yapısal yerdeğiştirmeler, bağlama hattı gerilmeleri, çapa yükleri vb.) benzetimlerden elde edilir ve sonuçlar zaman verisi olarak verilir ve uç değerleri elde etmek için istatistiksel işleme tabi tutulurlar. Zaman bölgesi benzetimi doğru istatistiksel sonuçlar elde etmek için yeterli uzunlukta olmalıdır. Zaman bölgesi yöntemleri, yapı ve bağlamalardan oluşan birleşik sistem için ortalama cevap, düşük frekans cevabı ve dalga frekans cevabının birleşik benzetimlerini gerçekleştirmek için kullanılabilirler. Bu yaklaşım yapının bağlama hatlarının ve rayzerlerin ortalama cevap, düşük frekans cevabı ve dalga frekans cevabı için hareketin genel denklemlerini çözecek bir zaman bölgesi bağlama analiz program aracı gerektirir. Yapı bağlama hatları ve rayzerlerden dolayı düşük frekanslı sönümün oluşması ile birleşik yapı ve bağlama/rayzer sisteminin tamamıyla hesaplanabilmesi bu yaklaşımın en önemli avantajlarıdır. Zaman bölgesi yaklaşımının ana hatları bağlama sistemi analizi için aşağıdaki şekilde verilebilir (ISO, 2004):

• Rüzgar, akıntı hızları, karakteristik dalga yükseklikleri ve periyotları ile ilişkili olduğu yönler, fırtına süresi ile en yüksek ve işlemin yapılabileceği limit durumları gibi çevresel ölçütler belirlenir.

• Bağlama şekli yerleştirilecek bağlama hattı bölümlerinin karakteristikleri ve başlangıç ön gerilmeleri belirlenir.

• Teknenin rüzgar etkisi ve akıntı etkisi katsayıları belirlenir ve tekneyi, rayzerleri ve bağlamayı içeren sistem için hidrodinamik bir model geliştirilir. • Bir zaman bölgesi analiz program aracı kullanılarak fırtına süresi için bir

zaman bölgesi benzetimi gerçekleştirilir. Giriş spektrumundan türetilen farklı dalga ve farklı rüzgar verileri kullanarak birkaç kez benzetim tekrarlanır. • Teknenin ofseti için beklenen maksimum değerleri, hat gerilmelerini, çapa

yüklerini ve geometrik parametrelerini saptamak için istatistiki analiz teknikleri kullanılır.

• Bir önceki adımda hesaplanan değerler tasarım ölçütleri ile karşılaştırılır. Tasarım ölçütleri hesaplanan değerleri karşılamıyorsa bağlama tasarım parametreleri değiştirilir ve bu analiz tekrarlanır.

Zaman ve frekans bölgesi birleşik analizi:

Birleşik zaman ve frekans bölgesi yaklaşımı diğer iki yaklaşımdaki zorlukları yenmek ve sayısal işlemleri azaltmak için sık sık kullanılmaktadırlar. Ortalama yüklerin, dalga ve düşük frekanslı hareketlerin zaman ve frekans bölgesindeki çözümlerini farklı yollarla birleştirmek mümkündür. Tipik bir yaklaşım örneği olarak dalga frekans cevapları frekans bölgesinde çözülürken, ortalama ve düşük frekanslı cevaplar (yapısal yerdeğiştirmeler, bağlama hattı gerilmeleri, çapa yükleri vb.) zaman bölgesinde simule edilmesi verilebilir. Dalga frekans cevabı için frekans bölgesinde elde edilen çözüm, diğer istatistiki ekstrem değerleri veya zaman verilerinin sağlanması için bir grup işleme tabi tutulurlar. Son olarak da ortalama ve düşük frekanslı cevaplar ile birleştirilirler.