Jack Up Barge Tasarımı ve Hesapları

Deniz mühendisliği projelerinde sıklıkla kullanılan jack-up barge’lar, özellikle sığ sularda geçici çalışma platformları olarak kritik bir rol oynar. Bu platformlar, ayakları sayesinde deniz tabanına sabitlenerek stabil bir çalışma alanı sunar. Ancak, bu yapıların karmaşık geometrisi, maruz kaldıkları zorlu deniz koşulları ve taşıdıkları ağır yükler, mühendislik analizlerini hayati hale getirir. İşte bu noktada Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) devreye girer.

Sonlu Elemanlar Analizi, karmaşık mühendislik problemlerini küçük ve basit elemanlara bölerek çözümlemeye olanak tanıyan güçlü bir sayısal yöntemdir. Jack-up barge’ların tasarım ve analiz sürecinde SEA’nın kullanılmasının birçok önemli nedeni vardır:

• Yapısal Dayanımın Değerlendirilmesi: SEA, barge’ın farklı yükleme koşulları altında (operasyonel yükler, çevresel yükler gibi) maruz kalacağı gerilmeleri ve deformasyonları doğru bir şekilde tahmin etmeyi sağlar. Bu sayede, yapısal elemanların yeterli dayanıma sahip olup olmadığı belirlenebilir.
• Stabilite Analizi: Jack-up barge’ların güvenli bir şekilde çalışabilmesi için stabil olması kritik öneme sahiptir. SEA, farklı deniz koşullarında (dalga, akıntı, rüzgar) platformun devrilme riskini ve ayakların deniz tabanındaki davranışını analiz etmeye yardımcı olur.
• Yorulma Analizi: Sürekli tekrarlayan yükler altında çalışan deniz yapıları için yorulma önemli bir faktördür. SEA, kritik birleşim noktalarındaki gerilme değişimlerini inceleyerek yorulma ömrünü tahmin etmeye ve potansiyel çatlak oluşum bölgelerini belirlemeye olanak tanır.
• Optimizasyon: SEA sonuçları, tasarımın zayıf noktalarını belirleyerek yapısal iyileştirmeler yapılmasına olanak tanır. Bu sayede, daha hafif, daha ekonomik ve daha güvenli tasarımlar elde edilebilir.
• Çevresel Etkilerin Değerlendirilmesi: Dalga yükleri, akıntı kuvvetleri ve rüzgar basıncı gibi çevresel faktörlerin barge üzerindeki etkileri SEA ile detaylı bir şekilde incelenebilir. Bu, operasyonel sınırların belirlenmesi ve güvenli çalışma koşullarının sağlanması açısından önemlidir.

Jack-up barge’ların güvenli, verimli ve ekonomik bir şekilde tasarlanması ve işletilmesi için Sonlu Elemanlar Analizi vazgeçilmez bir araçtır. SEA sayesinde, karmaşık yükleme senaryoları ve çevresel etkiler dikkate alınarak yapısal davranış detaylı bir şekilde anlaşılabilir, potansiyel riskler önceden belirlenebilir ve tasarım optimizasyonu sağlanabilir. Bu da deniz mühendisliği projelerinin başarısı için kritik bir katkı sağlar.

Örnek Proje Uygulaması

Projenin amacı, verilen sınır ve yükleme koşulları altında Jack-Up Barge platformunun yapısal tepkisini hesaplamaktır. Bu amaçla, platformu taşıyan ayakların global statik yapısal analizi ve burkulma analizi, sonlu elemanlar analizleri ile gerçekleştirilmiştir.

Koşullar 

Hesaplamalarda dikkate alınan koşullar aşağıdadır. 

• Working (Operating) Conditions
• Survival Conditions
• Navigational Conditions

Örnek olması amacı ile sadece Survival Condition ile ilgili senaryoya yer verilmiştir.

Sayısal Model resimi Şekil 1’de görülmektedir.

Şekil 1. Sayısal model

Model shell elemanlardan oluşmaktadır. Ayrıca tüm bağlantı elemanlar Beam elemanlar ile modellenmiştir. Gerekli bölgelerde kaynak modelleri oluşturulmuştur. Yapı üzerindeki tüm ağırlıklar kütlesel elemanlar ile atanmıştır.

Dikkate alınan yüklemeler

Dalga kuvvetlerinin hesaplanması –Morisson

Rüzgar Kuvvetleri

Tablo 1. Dalga parametreleri

Şekil 2. Faz açısına göre dalga kuvvetlerinin değişimi

Şekil 3. Yanal yükleme durumunda ölçeklendirilmiş deformasyon

Şekil 3. Yanal yükleme durumunda gerilme dağılımı