Mühendislik

Fransa, nükleer caydırıcılık gücünün temelini meydana getiren birinci nesil Le Redoutable ile devamında geliştirilen L'Inflexible sınıfı nükleer balistik füze denizaltılarını değiştirmek amacıyla o zamanlar SNLE-NG olarak adlandırılan ve daha sonra Le Triomphant sınıfı olacak, ikinci nesil bir denizaltı geliştirme kararını 1981'de resmen almıştı.

İlk kavramsal tasarım 170m uzunluğunda ve dalışta 16.000ton ağırlığındaydı fakat ilerleyen mühendislik süreci sonucunda nihâi tasarım 138m/14.300ton olarak gerçekleşti. Tasarım ve inşa sürecinde yaşanan zorluklar ve bunlara bağlı gecikmeler neticesinde Le Triomphant sınıfının mâliyeti büyük bir artışa mâruz kaldı ve bâzı kaynaklara göre birim mâliyet 3milyar dolar civarına ulaştı, çok daha yüksek mâliyetlerden bahseden kaynaklar da mevcuttur.

Doğrusu, bu yazının içeriği ilk kez oluşturulmaya başlandığında, mevzu öyle acayip yerlere kaymıştı ki o kadar olur! Bu sebeple makâlenin ana fikrini meydana getiren temel hususlar oldukça artalanda kalmaya başlayınca, arada iyice kaynamaması için gerçek içerik oradan çıkartılıp kendine mahsus böyle ayrı bir ikinci sayfaya aktarıldı.

Velhâsıl ilk bölümde ele alınma fırsatı kaçırılan asıl konuya ancak şimdi gelmiş olduk. Evet temel mevzu aslına bakılırsa yine ivme olacak ve umarım ki iş tekrar çığırından çıkmaz. Bu sebeple hem içeriğin bir kez daha dağılmaması ve hem de fazla uzamaması için kararlıyım, o halde hemen sadede gelelim:

Farklı akışkanların bir arada bulunduğu mühendislik uygulamalarında safhalar arasındaki etkileşim sebebiyle meydana gelen arayüzlerin incelenebilmesi büyük önem taşımaktadır. Deniz mühendisliği de tabiatı gereği çok-safhalı akışların incelenmesine en büyük ihtiyacın duyulduğu uygulama sahasıdır.

Akışkan safhaları arasında meydana gelen serbest yüzeyin hassas bir şekilde hesaplanabilmesi son derece önemli olduğu için bu alanda yapılmakta olan araştırmalar neticesinde geliştirilen pek çok bilgisayar destekli sayısal yöntem de mevcuttur. Bugün itibarı ile söz konusu problemlerin çözümünde karşılaşılan başlıca uygulamalar:

Gemi mühendisliği uygulamaları açısından düşünüldüğünde karşılaşılan önemli akışkan dinamiği kökenli oluşumlardan birini de Nal Girdabı adı verilen akım yapıları meydana getirmektedir. Böyle girdap oluşumlarına gemi ve denizaltı gövdelerinin çevrelerinde sıklıkla rastlanabilir, örneğin denizaltıların kule ve dümenlerinin, gemilerin dümen ve sonar kubbelerinin, yelkenli teknelerin salmalarının köklerinde olduğu gibi.

Bütün deniz uygulamaları açısından değerlendirildiğinde girdap oluşumları öncelikle direnç artışına sebep oldukları için önem taşır. Diğer taraftan askerî denizcilik uygulamalarında bundan çok daha fazlası söz konusudur çünkü nal girdapları bu tür araçlar üzerinde istenmeyen iz artışlarına da sebep olurlar; doğrudan ve dolaylı hidroakustik izler yanında akustik kökenli olmayan hidrooptik ve benzeri izler de böyle girdap yapıları ile doğrudan ilişkilidir.

1953 senesinde yayınlanan, Parkin ve Kermeen tarafından gerçekleştirilmiş denel hidrodinamik çalışmalara ait, kürevî kafalar üzerinde yapılan değerlendirme [1] ile birlikte, akışuyumlu ve pürüzsüz gövdeler üzerindeki kavitasyon başlangıcının sınır tabaka ile olan etkileşimi hakkında ilk önemli adım atılmış oldu.

1963'te İsveçli iki hidrodinamikçi H. Lindgren ve C. A. Johnsson, yeni nesil torpillerin ihtiyaç duyduğu müstevî dizin sonar yerleşimlerine de uygun olacak düzlem bir burun yapısını gövdeyle çeyrek elips kullanarak birleştirme yoluyla elde edilen "değiştirilmiş eliptik" bir kafa geometrisi oluşturarak bunun hidrodinamik deneylerde kullanılmasını önerdi.[2]

Hem takviyeli hem de taksiyesiz silindirik kabuklar diğer pek çok alanda olduğu gibi Deniz Mühendisliği için de son derece önemli yapısal bileşenlerdir ve hemen her zaman basma yüklerine de maruz kaldıklarından burkulma kıstaslarına göre tasarlanmaları gerekir ve üstelik silindirlerin gösterdikleri burkulma davranışları levhaların ve daha önce ele alınan narin kirişlerin gösterdiklerinden bile daha şiddetli olarak gerçekleşir.

Mevzuya uzak olanlar için burkulma, inşa edilmiş güzelim bir simetrik yapıyı gizemli(!) bir şekilde bir anda hurdaya dönüştürebilme yeteneğine de sahiptir. Mühendisler burkulma ihtimâlini göz ardı ettiklerinde veya yeteri kadar dikkâtlice göz önüne almadan ya da alsalar bile hatalı yaklaşımlar kullanarak muhtelif tasarımlar ürettiklerinde önceki cümlede ifade edilen dönüşüm de gerçekleşebilir hâle gelmektedir ve hataya yatkın insan tabiatı göz önüne alındığında daima gelecektir denilebilir.

Mühendislik yapılarının tasarımlarında incelenmesi gereken en önemli problemlerden birini burkulmalar oluşturur. Bütün narin yapılar, eğer basma yüklerine maruz kalıyorlarsa burkulmaya meyillidirler. Kullanılan malzeme ne kadar yüksek mukavemetli olursa olsun, eğer burkulma göz ardı edilirlerse çok ciddi sorunlar ortaya çıkabilir ki mühendislik tarihinde bunun sayısız örneğine rastlamak mümkündür.

Mesela aşağıda örnek olarak ele alınan kirişin, 330MPa akma mukavemeti değerine sahip bir malzeme ile imâl edildiğinde, eksenel yükleme için [Sâbit-Serbest] mesnet durumunda azami gerilme sadece 27,6MPa değerine civarına ulaştığında burkularak çökeceği öngörülebilir. Üstelik burada kullanılan yaklaşım doğrusal çözüm içerdiğinden gerçek değerin bunun da altında olması kuvvetle muhtemeldir.

Serbest silindirlerin titreşimi konusuna devam ediyoruz. Kolayca tahmin edilebileceği gibi bu husus üzerinde ısrarla durulmasının bazı makûl sebepleri var ve eğer fırsat olursa daire kesitli silindirlerin katı mekaniği açısından incelenmesine yönelik olarak daha fazla içerik de zaman içinde yayınlanacak.

Şimdilik sonlu elemanlar yöntemi temelinde elde edilen çözümlerle konuya girilmiş olsa da ilerleyen bölümlerde kuramsal bazı değerlendirmeler de işin içine dâhil olabilir. Tabii ki bütün bu silindir temelli çalışmaların nihai hedefi denizaltı ve torpil mukavim teknelerinin mühendislik tasarımı açısından ele alınmasına yöneliktir.

Akışkan dinamiği incelemelerini iki temel başlığa ayırmak gerekse, böyle bir sınıflandırma mesela Haricî Akışlar ve Dahilî Akışlar olarak da yapabilir. Çalışılan mühendislik alanına göre ise genellikle bu ikisinden biri diğerine baskındır örneğin gemi mühendisliği için haricî akış incelemelerinin çok daha önemli bir alan olması gibi.

Her iki akış türü için ihtiyaç duyulan çözüm yaklaşımları da çeşitli etkenlere bağlı olarak bazı farklılıklar gösterir. Dahili akış için damarlarımızdaki kanın hareketinden denizaltıların safra sarnıçları arasında deniz suyu taşınmasına kadar pek çok örnek gösterilebilir.

Daha önce, açık kaynaklı Elmer yazılımı kullanılarak, kalın cidarlı tam serbest bir silindirin doğal frekansının bilgisayar destekli olarak hesaplanması ile elde edilen sonuçlar, mevcut deney verileriyle karşılaştırmak ve kullanılan yaklaşımları doğrulamak amacıyla, bazı örgü değişkenlerine de bağlı şekilde değerlendirilerek kısaca ele alınmıştı.

Devam niteliğindeki bu ikinci bölümde ise bir başka önemli açık kaynak mühendislik yazılımı olan Calculix kullanılarak gerçekleştirilen hesaplamaların sonuçları, önceki verilerle birlikte tekrar değerlendirilip, bazı açılardan iki yazılımın böyle bir problem karşısındaki davranışı anlaşılmaya çalışılacaktır.

Titreşim temelli konulara giriş mahiyetinde olmak üzere bu kez İnce Cidarlı Silindirlerinin bilgisayar destekli mühendislik vasıtasıyla incelenmesi hususu kısaca ele alınmaya çalışılacak. Önceki bölümde değerlendirilen Kalın Cidarlı Silindir için kullanılan yaklaşım burada da uygulanarak iki durum arasında daha kolay bir mukayese yapabilmek de mümkün olabilecek.

Deney sonuçlarının, gerçekleştirilen hesaplamalar ile karşılaştırılması, eldeki imkânların yeteneklerini daha iyi kavrayabilmek ve araçları doğru olarak kullanıp uygulayabilmek için vazgeçilmez bir gereklilik olduğundan böyle bir başlangıç yapma ihtiyacı kaçınılmazdı.

Daire kesitli silindir şekilli yapılar, mühendislik çözümlerinde muhtelif sebeplerle çok yaygın olarak kullanılageldiklerinden çeşitli açılarından incelenmeleri ihtiyacı da kaçınılmazdır. Konu temel olarak içi dolu ve içi boş silindirler olmak üzere iki bölüme ayrılabilir.

İçi dolu bir silindirin denizde uygulanmasına örnek olarak mesela zaman zaman yelkenli kayıklar üzerindeki sabit armalarda kullanılabilen ve giderek yaygınlaşarak kısmen de olsa tellerin yerini almaya başlayana çelik çubuklar gösterilebilir. Yine de Deniz Mühendisliğinde asıl önemli uygulamalar içi boş yani oyuk silindirlerdir denilebilir. Oyuk silindirler ise yine iki temel alt başlık altında; ince cidarlı ve kalın cidarlı silindirler olarak ele alınabilir.