Akışkan-yapı etkileşimi problemlerinin deneysel ve sayısal incelenmesi

Abstract

Akışkan-Yapı Etkileşimi (FSI) birçok mühendislik uygulamasında karşılaşılan yaygın birmühendislik problemidir. Bünyelerinde barındırdıkları non-lineerite ve çoklu fizik olgusunedeniyle, bu alandaki deneysel ve sayısal çalışmalar problemin ana karakteristiklerininbelirlenmesinde büyük öneme sahiptir.Bu tez çalışmasında, serbest yüzeyli akışkanların elastik katı cisim ile etkileşimini içeren birAkışkan-Yapı Etkileşimi (FSI) problemi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal metotolarak akışkanların Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), katı cisimlerin ise Finite ElementMethod (FEM) kullanılarak modellendiği hibrit SPH-FEM metodu kullanılmıştır. İlk olarakSPH metodunun serbest yüzeyli akımları modelleyebilme etkinliğinin belirlenmesi amacı ileklasik bir baraj yıkılması deneyi gerçekleştirilmiştir. Akabinde SPH metodu FEM ilebirleştirilmiş ve bir FSI probleminin incelemesinde kullanılmıştır. SPH-FEM metodununetkinliği çeşitli noktalardaki zamana bağlı noktasal su derinlikleri ve katı cisim deplasmandeğerleri kullanılarak araştırılmıştır. Katı cisim deplasman değerleri görüntü işleme tekniğikullanılarak elde edilirken zamana bağlı noktasal su seviyesi değişimleri görüntü işlemetekniğinin yanı sıra ultrasonik sensörler kullanılarak elde edilmiştir.Deneysel veriler ile sayısal sonuçlar karşılaştırıldığında, sayısal analiz sonuçlarının deneyselveriler ile genel olarak makul bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Fluid-Structure Interaction (FSI) is a common engineering problem faced in many engineeringapplication. Because of the nature of the phenomenon including nonlinearity and multi-physics,experimental and numerical studies in this field have great importance to determine the maincharacteristics of the problem.In this thesis study, a Fluid-Structure Interaction (FSI) problem including the interaction of freesurfaceflows with the elastic solid body was investigated experimentally and numerically. Asthe numerical model, the coupled Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)-Finite ElementMethod (FEM), where the fluid flow was modeled using SPH and the solid body was modeledusing FEM, was used. At first, in order to determine the efficiency of SPH in modeling of freesurface flows, an experiment of a classic dam-break problem was carried out. Following that,the SPH method was coupled with FEM and used to investigate a FSI problem. The efficiencyof SPH-FEM method was investigated using time evolution of water level and deformation ofthe solid body at various points. While deformation of the solid body was obtained using imageprocessing technique, the time evolution of water level was obtained using image processingtechnique and also ultrasonic distance sensor.When the experimental data are compared with the numerical results, it was seen that numericalresults are generally in reasonable agreement with the experimental data.