Bu tədqiqat, buz sinifli bir gəmi pervanesinin buz, su və pervane arasındaki qısamüddətli fakat yüksək xərcli sayısal qarşılıqlı təsirinden elde edilən gərginlik qeydlərinı uzunmüddətli yorğunluq çatı ilərleme analizinde kullanabilmek üçün yeni bir gərginlik spektru yenidənqurma üsulu geliştirmiştir. Tədqiqatçılar; LS-DYNA üçündeki strukturlandırılmış ixtiyari Lagrange–Euler üsulu, koheziyalı buz qırılması modeli, rainflow çevrim sayımı, Paris qanunu və FRANC3D çat ilərleme yazılımını tek bir hesaplama zincirinde birleştirmiştir. Yeniden strukturlandırılmış spektrla 51 ilərleme adımı sonunda hesaplanan çat uzunluğu 79,15 mm, özgün kısa spektrun sonsuz tekrarıyla hesaplanan uzunluk isə 77,18 mm olmuş və aradaki fark yüzde 2,55 olaraq bildirilmişdir. Temel məhdudiyyət, nəticələrin tek bir sayısal tədqiqat durumuna dayanması və real pervane, deniz buzu və ya qütb seferi vəriləriyle birbaşa doğrulanmamış olmasıdır.

Sayısal modelde 4,115 metre çapında, dört qanadlı, nikel-alüminium bürünc R sınıfı bir pervane; üç metre uzunluğunda bir buz bloku, su və hava alanıyla tamamen eşleştirilmiştir. Kararlı olaraq tanımlanan 1–2 saniyelik kesitte pervane itələməsi yaklaşık −150 kN ilə +230 kN arasında yüksək tezliklı və darbeli biçimde değişmiştir. Çatlak analizi üçün seçilən 1,16 saniyelik anda qanad kökündeki en yüksək von Misəs gərginliksi 254 MPa, en yüksək əsas gərginlik isə 322 MPa olaraq hesablanmışdır. Çekme yönündeki əsas gərginliknin qanad kökünün arka yüzünde yoğunlaşması, başlangıç çatlşəbəkəının bu bölgeye yerleştirilmesinin gerekçesi olmuştur.

Yeniden strukturlandırma üsulu kısa gərginlik kaydını nokta nokta rastgele çoğaltmamaktadır. Özgün qeydtan çıkarılan gərginlik blokları; Paris qanununa göre birim zamanda oluşturdukları çat sürücüsü, rainflow gərginlik aralığı dşəbəkəılımı, blok birleşimindeki süreklilik və yakın zamanda kullanılan blokların tekrarından kaçınma ölçütleriyle seçilmektedir. Bu üsulle 25, 100, 200, 500 və 1.000 saniyelik spektrlar üretilmiştir. Bunların süreye göre normalize edilmiş Paris qanunu sürücü nisbətları sırasıyla 0,982, 0,983, 1,002, 1,005 və 1,020’dir. Çatlak ilərleme hesabında, özgün kayda en yakın nisbətlardan birini sşəbəkəlayan 200 saniyelik spektr istifadə edilmişdir.

Başlangıç çat uzunluğu, incelenen dəyişənler arasında en güclü etkiyi göstərmişdir. Çatlak uzunluğu 2 mm’den 10 mm’ye çıkarıldığında, tədqiqatda tanımlanan referans qırılma sürücü səviyyəine ulaşmak üçün gereken çevrim sayısı 4,05 × 10⁸ çevrimden 0,38 × 10⁸ çevrime düşmüş; azalma yüzde 90,7 olmuştur. Başlangıç çat şəkil nisbətı a/c = 0,5’ten 1,0’a yükseltildiğinde isə kendi müqayisə grubundaki referans səviyyəe ulaşmak üçün gereken çevrim sayısı yüzde 42,9 azalmıştır. Bu dəyərlər nihai kopma ömrü değil, önceden belirlenen qırılma sürücüsü səviyyəlerine erişme süreleridir.

Türkiyə baxımından: Yöntem; Türkiyədəki gəmi inşa, deniz mühendisliği, pervane üretimi, klaslama tədqiqatları və qütb koşullarına uygun gəmi ekipmanı geliştirme tədqiqatlarında qısamüddətli yüksək doğruluklu simülasyonlarla uzunmüddətli çat dəyərlendirmesi arasında bşəbəkəlantı kurmak üçün incelenebilir. Türkiyədə uygulanmadan önce yerel üretim üsullariyle oluşturulan pervane materiallerinin Paris qanunu katsayıları, döküm qüsurları, artık gərginlikler və real çat dşəbəkəılımları təcrübəsel olaraq belirlenmelidir. Model fərqli buz kalınlıkları, ilərleme hızları, pervane devirleri, kavite koşulları və görev profilleriyle yeniden çalıştırılmalı; nəticələr tam ölçekli və ya model ölçekli ölçmələrle doğrulanmalıdır. Tədqiqatdan Türkiyədəki belirli bir pervanenin təhlükəsiz kullanım süresi, bakım aralığı və ya izin vəriləbilir çat boyutu birbaşa çıkarılamaz.

Tədqiqatın çözmeye çalıştığı temel problem nədir?

Buz sınıfı gəmilərin pervaneleri, normal hidrodinamik qüvvəlerin yanında qanadların buzu kesmesi, ezmesi və parçaları su üçünde hızlandırması niyəiyle qısamüddətli və yüksək genlikli yüklerle karşılaşabilir. Buzla temas sürekli və düzgün değildir. Bir qanad buz blokuna yaklaşır, temasa girer, buzu kırar, parçaları ayırır və yeniden sudaki hidrodinamik tədqiqat durumuna döner. Bu olayların tekrarlanması, pervane qanad kökünde dəyişən genlikli gərginlik çevrimleri oluşturur.

Bu qarşılıqlı təsirin yüksək doğruluklu sayısal çözümü əhəmiyyətli hesaplama kaynşəbəkəı gerektirir. Saniyeler səviyyəindeki bir buz-su-pervane simülasyonu bilə saatlerce sürebilir. Buna karşılık yorğunluq çatının ilərlemesi milyonlarca və ya yüz milyonlarca yük çevriminin dəyərlendirilmesini gerektirir. Tədqiqatnın hedeflediği boşluk, qısamüddətli sayısal gərginlik kaydıyla uzunmüddətli qırılma mekaniği hesabı arasındaki zaman ölçeği farkıdır.

Tədqiqatçılar gelecekteki her gərginlik noktasını tahmin etmeye tədqiqatmaktadır. Amaç, kısa kaydın yorğunluq bakımından belirleyici xüsusiliklerini koruyan daha uzun bir yapay gərginlik geçmişi üretmektir. Korunması hedeflenen xüsusilikler yalnızca orta və standart sapma değildir; yüksək gərginlik aralıkları, rainflow çevrim dşəbəkəılımı, baskın tezliklar və Paris qanununa göre çat ilərleme potansiyeli de üsule dâhil edilmiştir.

Tədqiqatnın bütünleşik hesaplama çerçevəsi necədır?

Dördüncü sayfadaki Şekil 2, üsulu beş mərhələda göstərir:

1. Buz, su və pervanenin tamamen eşleştirilmiş geçici sayısal analizi
2. Kısa süreli gərginlik kaydının uzunmüddətli yorğunluq eşdəyər spektra dönüştürülmesi
3. Kritik qanad kökü bölgesine yarı eliptik başlangıç çatlşəbəkəının yerleştirilmesi
4. Paris qanunu və FRANC3D ilə çat irəliləməsinin hesaplanması
5. Çatlak riski, bakım və tasarım açısından mühendislik dəyərlendirmesi

LS-DYNA analizi buz qırılmasını və pervanenin geçici struktursal gərginliksini üretmektedir. Yeniden strukturlandırma algoritması, seçilən qanad kökü elementındaki kısa gərginlik geçmişini uzatmaktadır. Ansys Workbench və FRANC3D isə 1,16 saniyedeki üç boyutlu gərginlik alanı üzerine yarı eliptik səth çatlşəbəkəını yerleştirerek her gərginlik çevrimi altında çat cephesinin necə ilərlediğini hesaplamaktadır.

S-ALE üsulu niyə istifadə edilmişdir?

Yapılandırılmış ixtiyari Lagrange–Euler, yani S-ALE üsulu; mayə alanı ilə büyük deformasyon gösteren katı strukturların aynı hesaplama üçünde etkiləşmesini sşəbəkəlamak üçün istifadə edilmişdir. Pervane və buz struktursal şəbəkəla, hava və su isə referans mayə şəbəkəıyla temsil edilmiştir. Akışkan və katı arasındaki momentum aktarımı ceza qüvvəi tabanlı eşleştirme üsuluyle realleştirilmiştir.

Tədqiqatda kullanılan kütle, momentum və enerji korunumu denklemleri özetle şöyledir:

\[ \frac{\partial \rho^r}{\partial t} = -\rho\frac{\partial u_i}{\partial x_i} -w_i\frac{\partial\rho}{\partial x_i} \]

\[ \rho\frac{\partial u_i^r}{\partial t} = \sigma_{ij,j} +\rho b_i -\rho w_j\frac{\partial u_i}{\partial x_j} \]

\[ \rho\frac{\partial e^r}{\partial t} = \sigma_{ij}u_{i,j} +\rho b_i u_i -\rho w_j\frac{\partial e}{\partial x_j} \]

Burada \(\rho\) yoğunluğu, \(u_i\) hız biləşenlerini, \(e\) özgül iç enerjiyi, \(w_i\) material ilə referans şəbəkə arasındaki göreli hızı və \(\sigma_{ij}\) gərginlik tensörünü temsil etmektedir. Yöntem, pervane dönerken suyun hareketini və buz parçalarının mayə üçünde taşınmasını aynı çözüm üçünde hesaplamayı amaçlamaktadır.

Buz qırılması necə modellenmiştir?

Buz bloğu, elastoplastik katı elementlar ilə elementlar arasına yerleştirilən koheziyalı qırılma elementlarından oluşturulmuştur. Kohezyonlu elementlar başlangıçta komşu buz elementlarını birbirine bşəbəkəlamaktadır. Normal və ya toxunan xəttsel dartılma belirlenen dayanımı aştığında hasar başlamakta, ayrılma arttıkça taşıma tutumu azalmaktadır. Kritik ayrılma enerjisine ulaşıldığında bşəbəkə tamamen kopmakta və buz parçaları birbirinden ayrılmaktadır.

Beşinci sayfadaki Şekil 4, iki buz elementı arasındaki kohezyon bölgesinin çat oluşturarak ayrılmasını göstərir. Bu yaklaşımda çat yolu önceden tek bir çizgi olaraq tanımlanmamış; uygun element arayüzlerinde hasarın gelişmesine izin vərilmiştir.

Kohezyonlu elementlar üçün sıxlıq 900 kg/m³, en yüksək dartılma 4 MPa, enerji salım nisbətı 433 J/m² və rijitlik 50.000 MPa olaraq istifadə edilmişdir. Buz gövdesinin elastiklik modulu 264,8 MPa, axma gərginliyi 2,61 MPa və Poisson nisbəti 0,30’dur. Bu parametreler bu tədqiqatda yeni təcrübəlerle elde edilmemiş, tədqiqatçıların önceki modelleme tədqiqatlarına dayandırılmıştır.

Pervane və hesablama sahəsinın xüsusilikleri nelerdir?

Su giriş hızı −X yönünde 3,62 m/s, buzun ilərleme hızı +X yönünde 0,7 m/s və pervane fırlanma sürəti 2,698 devir/saniye olaraq belirlenmiştir. Akışkan alanında 0,19 metrelik strukturlandırılmış elementlar istifadə edilmişdir. Pervanenin X yönündeki ötelemesi sınırlandırılmış, diğer serbestlik derecelerine izin vərilmiştir.

Ağ duyarlılık analizi ne göstərmişdir?

Pervane üçün 40, 50, 60 və 70 mm olmak üzere dört şəbəkə büyüklüğü müqayisə edilmişdir. İlk buz kesme mərhələsındaki 0,5–1,25 saniye aralığında hesaplanan orta qüvvəler şöyledir:

40 və 50 mm şəbəkəların nəticələri birbirine yakınken daha kaba şəbəkəlarda belirgin ayrışma görülmüştür. Tədqiqatçılar hesaplama süresi ilə çözüm kararlılığı arasında denge kurmak üçün 50 mm şəbəkəı seçmiştir. Bu müqayisə sayısal şəbəkə yakınsamasını dəstəkləyir; real ölçməe karşı mutlak doğruluk kanıtı değildir.

Buz kesme sırasında pervane yükleri necə değişmiştir?

Sekizinci sayfadaki Şekil 6, pervane itələməsinin düzenli bir sinüs dalgası olmadığını göstərir. Bir saniyelik kararlı kesitte dəyərlər yaklaşık −150 kN ilə +230 kN arasında değişmiştir. Negatif tepeler, buz kesme direncinin bazı anlarda pervanenin pozitif hidrodinamik itələməsinden daha büyük hâle geldiğini göstərir.

Aynı sayfadaki Şekil 7’de buz, qanad temas bölgesinde çok sayıda küçük parçaya ayrılmaktadır. Parçalar qanad geçişi çevresinde kümelenmekte, ardından su akışı və pervane hareketiyle taşınmaktadır. Görsel nəticələr yükün sürekli temas yerine kesme, ezilme, kopma və parça ayrılması evrelerinden oluştuğunu göstərir.

Çatlak üçün kritik bölge necə seçilmiştir?

Kanat kökündeki elementlar arasında en şəbəkəır en yüksək əsas gərginlik geçmişine sahip 505354 numaralı element seçilmiştir. Gerilme kaydı 0,482–2,730 saniye aralığından alınmıştır. Kayıttaki en yüksək dartılma durumu 1,16 saniyede oluştuğu üçün bu andaki üç boyutlu gərginlik alanı daha sonraki FRANC3D analizinin temel alanı olaraq istifadə edilmişdir.

Dokuzuncu sayfadaki Şekil 8 və Şekil 9’a göre:

• En yüksək von Misəs gərginliksi 254 MPa’dır.
• Pervane materialsinin bildirilən axma gərginliyi 268,3 MPa’dır.
• En yüksək əsas gərginlik 322 MPa’dır.
• Çekme gərginliksi qanad kökünün arka yüzünde yoğunlaşmaktadır.

Von Misəs dəyəri bildirilən akma sınırının yaklaşık yüzde 94,7’sine karşılık gelmektedir. En yüksək əsas gərginlik isə birbaşa akma ölçütü olaraq değil, Mode I açılma çatlşəbəkəının yönünü və dartılma sürücüsünü belirlemek üçün istifadə edilmişdir.

Neden birbaşa kısa gərginlik kaydı tekrar edilmemiştir?

Kısa bir kaydın aynen art arda tekrarlanması aynı olay dizisini düzenli aralıklarla yeniden üretir. Böyle bir işləmə özgün qeydta bulunmayan yapay periyodiklik oluşturabilir. Gerilme noktalarının bşəbəkəımsız biçimde rastgele seçilmesi isə zaman sırasını, tezlik struktursını və çevrimlerin orta gərginliklerini bozabilir.

Önerilən üsul bu iki uç yaklaşım arasında yer almaktadır. Gerilme geçmişinden kayan pencereyle kısa bloklar çıkarılmakta və blok üçündeki zaman sırası korunmaktadır. Yeni uzun spektr, özgün kaydı başlangıç çapası olaraq kullanmakta və seçilən blokları doğrusal örtüşmeyle birbirine eklemektedir.

Yeniden strukturlandırma xərc fonksiyonu necə müəyyən edilmişdir?

Her aday gərginlik bloğu üçün toplam xərc şu biçimde hesablanmışdır:

\[ C_0= \alpha_d C_d+ \alpha_h C_h+ \alpha_b C_b+ C_r+ \varepsilon \]

Ana çəkilar \(\alpha_d=1{,}8\), \(\alpha_h=0{,}9\) və \(\alpha_b=0{,}12\) olaraq belirlenmiştir. Her hedef süre üçün birden fazla rastgele başlangıçla tam spektr oluşturulmuş və özgün kayda en iyi uyumu sşəbəkəlayan nəticə seçilmiştir.

Paris qanununa göre eşdəyər çat sürücüsü necə hesablanmışdır?

Paris qanunu, kararlı yorğunluq çatı ilərleme hızını gərginlik şiddeti faktörü aralığıyla ilişkiləndirir:

\[ \frac{da}{dN}=C(\Delta K)^m \]

Gerilme şiddeti faktörü aralığı yaklaşık olaraq:

\[ \Delta K=Y\,\Delta\sigma\sqrt{\pi a} \]

biçiminde yazılmıştır. Aynı material, aynı çat konumu, aynı geometri və aynı referans çat durumu karşılaştırıldığında \(C(Y\sqrt{\pi a})^m\) ortak çarpandır. Bu niyəle göreli çat sürücüsü, rainflowyla bulunan gərginlik aralıklarının \(m\) qüvvəi üzerinden karşılaştırılabilir:

\[ G= \frac{1}{T} \sum_{i=1}^{N_r} n_i(\Delta\sigma_i)^m \]

• \(G\), birim zaman başına Paris tipi çat sürücüsüdür.
• \(T\), gərginlik geçmişinin süresidir.
• \(\Delta\sigma_i\), i numaralı rainflow gərginlik aralığıdır.
• \(n_i\), bu aralığın çevrim sayısıdır.
• \(m\), Paris qanunu üssüdür.

Paris sürücüsü xərci:

\[ C_d= \left| \ln\left(\frac{G_{\text{next}}}{G_{\text{raw}}}\right) \right| \]

olaraq müəyyən edilmişdir. Oranın bire yaklaşması, aday blok eklendiğinde birim zaman başına çat ilərleme potansiyelinin özgün qeydla benzer kaldığını göstərir.

Yşəbəkəmur akışı dşəbəkəılımı niyə ayrıca korunmuştur?

İki gərginlik geçmişi aynı toplam Paris sürücüsüne sahip olsa bilə çevrim dşəbəkəılımları fərqli ola bilər. Bir geçmiş çok sayıda orta aralıklı çevrim, diğeri az sayıda çok yüksək aralıklı çevrim içerebilir. Paris qanunundaki yüksək üs niyəiyle büyük aralıklı çevrimlerin etkisi xüsusilikle yüksəktir.

Yşəbəkəmur akışı gərginlik aralıkları \(B\) sınıfa ayrılmış və mümkünlık dşəbəkəılımına dönüştürülmüştür. Güncellenen dşəbəkəılım:

\[ P_{\text{next}} = \beta P_{\text{run}} + (1-\beta)P_{\text{cand}} \]

eşitliğiyle hesaplanmış və \(\beta=0{,}92\) istifadə edilmişdir. Özgün və güncellenmiş dşəbəkəılım arasındaki fark toplam değişim uzaklığıyla ölçülmüştür:

\[ C_h= \frac{1}{2} \sum_{b=1}^{B} \left| P_{\text{next},b} - P_{\text{raw},b} \right| \]

On birinci sayfadaki Şekil 10, çalışan dşəbəkəılımla aday bloğun dşəbəkəılımının necə birleştirildiğini şematik olaraq göstərir.

Blok birleşimindeki yapay çevrimler necə sınırlandırılmıştır?

Bir bloğun son gərginliksi ilə yeni bloğun ilk gərginliksi arasında büyük sıçrama oluşursa rainflow sayımı özgün qeydta bulunmayan yüksək aralıklı bir çevrim oluşturabilir. Bu niyəle sınır xərci:

\[ C_b= \frac{ |\sigma_{\text{tail}}-\sigma_{\text{cand}}| }{ \operatorname{std}(\sigma_{\text{raw}}) } \]

şeklinde müəyyən edilmişdir. Bloklar arasında doğrusal örtüşme de uygulanmıştır.

Son beş seçim üçünde kullanılan adaylara \(0{,}35\) tekrar cezası vərilmiştir. Rastgele pertürbasyonun standart sapması \(0{,}015\)’tir. Bu iki biləşen, algoritmanın sürekli aynı birkaç bloğu seçmesini və tek bir yerel çözüme kilitlenmesini azaltmayı amaçlamaktadır.

Hiperparametre çıkarım analizi ne göstərmişdir?

On ikinci sayfadaki Şekil 11’de ana çəkilar, dşəbəkəılım hafıza katsayısı, rastgele terim və tekrar cezası değiştirilərek nəticə ölçütlerinin nominal durumdan yüzde farkı gösterilmiştir.

En duyarlı dəyişən Paris sürücüsü şəbəkəırlığı \(\alpha_d\) olmuştur. Bu terim tamamen çıkarıldığında:

• Genel Paris sürücüsü hatası yüzde 12,0 artmıştır.
• Yüzde 95 kuyruk sürücüsü hatası yüzde 12,3 artmıştır.
• Yüzde 99 kuyruk ölçütü yüzde 20,3 azalmıştır.

Son nəticə, tek bir ölçütün iyiləşmesinin bütün spektrun daha iyi olduğu anlamına gelmediğini göstərir. Yüksek kuyruk uyumu iyiləşirken ümumi sürücü uyumu bozulabilmektedir.

Histogram şəbəkəırlığı çıkarıldığında yüzde 99 kuyruk ölçütü yüzde 17,8 kötüleşmiştir. Sınır sürekliliği şəbəkəırlığı çıkarıldığında ümumi Paris sürücüsü ölçütleri yaklaşık yüzde 10–11 kötüleşmiştir. Tədqiqatçılar nominal ayarların hiçbir ölçütte tek başına en iyi sonucu vərmediğini, ancaq ölçütler arasında dengeli bir çözüm oluşturduğunu dəyərlendirmiştir.

Yeniden strukturlandırılmış spektrlar özgün kayda ne kadar benzemektedir?

Yöntem 25, 100, 200, 500 və 1.000 saniyelik beş spektr üretmiştir. Yşəbəkəmur akışı histogramları, çevrimlerin büyük bölümünün yaklaşık 50 MPa altındaki gərginlik aralıklarında toplandığını və yüksək aralıklarda uzun fakat seyrek bir kuyruk bulunduğunu göstərmişdir.

On üçüncü sayfadaki aralık–orta matrislerinde sıxlıq merkezi aşşəbəkəı gərginlik aralıkları ilə yaklaşık 100–150 MPa orta gərginlik çevresinde kalmıştır. Süre uzadıkça toplam çevrim sayısı artmış, ancaq ana dşəbəkəılım bölgesi büyük ölçüde korunmuştur.

On dördüncü sayfadaki sürətli Fourier dönüşümü nəticələrinda ana tezlik tepeleri xüsusilikle yaklaşık 30 Hz altındaki bölgede benzer konumlarda kalmıştır. Yeniden strukturlandırma, özgün qeydta bulunmayan baskın və yüksək genlikli yeni bir tezlik üretmemiştir.

200 saniyelik spektr, birim zaman başına Paris sürücüsünde yalnızca yüzde 0,2 fark göstermesi niyəiyle çat ilərleme analizinde seçilmiştir. Seçilən spektrda 43.525 rainflow çevrimi bulunmaktadır.

Başlangıç çatlşəbəkəı necə oluşturulmuştur?

FRANC3D üçünde qanad köküne yarı eliptik səth çatlşəbəkəı yerleştirilmiştir. Tədqiqatnın “2 mm başlanğıc çatı uzunluğu” olaraq adlandırdığı ölçü səth boyunca toplam \(2c=2\) mm’dir. Şekil nisbətı \(a/c=0{,}6\) olduğundan yarı uzunluk \(c=1\) mm və başlangıç derinliği \(a=0{,}6\) mm’dir. On altıncı sayfadaki Şekil 17 bu geometrinin hem səthden hem kesitten görünümünü göstərir.

Çatlak, üretim sırasında oluşabiləcek küçük döküm qüsurunu və ya müəssisə sırasında buz darbesiyle oluşabiləcek erken hasarı temsil etmektedir. Çatlak yönü, 1,16 saniyedeki dartılma gərginliksi alanına göre seçilmiştir.

Paris qanunu material parametreleri nelerdir?

Bu dəyərlər tədqiqat üçünde strukturlan yeni material təcrübəlerinden değil, mənbə gösterilən önceki nikel-alüminium bürünc çat ilərleme tədqiqatsından alınmıştır.

Yeniden strukturlandırılmış spektrun çat sonucu necə doğrulanmıştır?

Aynı çat geometrisi və aynı hesaplama ayarlarıyla iki ayrı 51 adımlı ilərleme hesabı strukturlmıştır:

• Özgün kısa gərginlik kaydının sürekli tekrarı
• 200 saniyelik yeniden strukturlandırılmış spektrun sürekli tekrarı

Bu müqayisə, yeniden strukturlandırılmış spektrun aynı model və aynı başlangıç koşulları altında özgün kısa kaydın çat ilərleme sonucuna yakın kaldığını göstərir. Bşəbəkəımsız bir ölçməle doğrulama değildir; iki sayısal yükləmə yaklaşımı arasındaki iç tutarlılık sınamasıdır.

Çatlak ilərleme süreci necə gelişmiştir?

On yedinci sayfadaki Şekil 18, yarı eliptik çat cephesinin 51 adım boyunca büyümesini göstərir. Çatlak cephesi ümumi olaraq düzgün və yarım daireye yakın biçimini korumuştur. Toplam çevrim sayısı ilk adımlarda hızla yükselmiş və yaklaşık 25. adımdan sonra 4,0 × 10⁸ çevrim çevresinde yataylaşmıştır.

Bu görünüm, her hesap adımının eşit sayıda çevrime karşılık gelmediğini göstərir. İlk geometrik ilərleme adımları üçün daha fazla yük çevrimi gerekirken çat büyüdükçe aynı ilərleme adımı daha az çevrimde tamamlanmaktadır.

En yüksək Mode I gərginlik şiddeti faktörü:

• İlk mərhələda yaklaşık 340–400 MPa√mm səviyyəindedir.
• 25. adım çevresinde yaklaşık 1.100 MPa√mm’ye yükselmiştir.
• 51. adımda yaklaşık 1.850 MPa√mm’ye ulaşmıştır.

Son dəyər bildirilən 3.952,85 MPa√mm qırılma möhkəmliyina ulaşmamaktadır. Bu niyəle 51. adım nihai qırılma və ya kopma noktası değildir.

Çatlak ucundaki gərginlik və şəbəkə struktursı nə göstərir?

On sekizinci sayfadaki Şekil 19, 1, 25 və 51. adımlardaki çat açıqlığını və çat ucu gərginlik alanını göstərir. Ağ yalnızca çat cephesi çevresinde yoğunlaştırılmış, uzak bölgelerde daha kaba bırakılmıştır.

İlk adımda yüksək gərginlik küçük bir bölgeye yoğunlaşmaktadır. İlerleyen adımlarda çat açılması görünür hâle gelmekte, yüksək gərginlik bölgesi genişləməkte və iki çat ucundaki yoğunlaşma artmaktadır. Görüntülerde yer değiştirmeler 30 kat büyütülmüştür; gösterilən açıqlık real ölçekli deformasyon değildir.

Hangi qırılma modu baskındır?

On sekizinci və on dokuzuncu sayfalardaki nəticələr, üç gərginlik şiddeti faktörü arasında \(K_I\)’in açıq biçimde baskın olduğunu göstərir. \(K_I\) çat səthlerinin birbirinden açıldığı Mode I yükləməyi temsil eder.

• \(K_I\), çat büyüdükçe düzenli və güclü biçimde artmıştır.
• \(K_{II}\), daha küçük genlikli və dalgalı kalmıştır.
• \(K_{III}\), işaret değiştirmiş ancaq \(K_I\)’den çok daha küçük olmuştur.
• J-inteqralı \(K_I\)’e benzer biçimde artmıştır.
• T-gərginliyi çat cephesinin büyük bölümünde negatif kalmıştır.

Bu nəticə, incelenen yükləmə durumunda çatlşəbəkəın esas olaraq açılma modu tarafından ilərletildiğini, kayma biləşenlerinin isə yerel və ikincil katkı yaptığını göstərir. Farklı buz temas açıları və ya yükləmə yönlerinde aynı mod sıralaması garanti edilmemektedir.

Başlangıç çat uzunluğu necə etkili olmuştur?

Şekil nisbətı \(a/c=0{,}6\) sabit tutularak 2, 3, 5 və 10 mm başlangıç səth uzunlukları müqayisə edilmişdir. Bu grup üçün ortak müqayisə səviyyəi, en yüksək \(K_I\)’in yaklaşık 1.200 MPa√mm və en yüksək J-inteqralınin yaklaşık 1,2 × 10⁻⁵ MJ/mm² səviyyəine ulaşmasıdır.

Yirminci sayfadaki Şekil 21’de başlangıç çatlşəbəkəı uzadıkça bütün \(K_I\) və J eğriləri sola kaymaktadır. Bu, aynı qırılma sürücü səviyyəine daha az çevrimde ulaşıldığını göstərir. Etki doğrusal değildir: başlangıç uzunluğunun beş katına çıkması, referans çevrim sayısını yaklaşık onda bire indirmiştir.

Başlangıç çat şəkil nisbətı necə etkili olmuştur?

Başlangıç səth uzunluğu 2 mm sabit tutulmuş və \(a/c\) nisbətı 0,5, 0,6, 0,7, 0,8 və 1,0 olaraq değiştirilmiştir. Oran büyüdükçe çat cephesi daha derin və daha dairesel hâle gelmektedir.

Bu müqayisə grubunda kullanılan ortak uç səviyyə yaklaşık 1.750 MPa√mm en yüksək \(K_I\)’dir. Bu referans, çat uzunluğu tədqiqatsındaki 1.200 MPa√mm səviyyəinden fərqlidır.

Şekil nisbətı da çat irəliləməsini hızlandırmıştır; ancaq eğrilər arasındaki ayrım başlangıç uzunluğu değişimindeki kadar büyük değildir. İncelenen parametre aralığında başlanğıc çatı uzunluğu daha baskın dəyişəndir.

Tədqiqatdaki “ekvivalent saat” dəyərləri necə yorumlanmalıdır?

Her 200 saniyelik yapay spektrda 43.525 rainflow çevrimi bulunmaktadır. Tablolardaki saat dəyərləri, gerekli çevrim sayısının bu sabit çevrim yoğunluğuna bölünmesiyle hesablanmışdır:

\[ t_{\mathrm{eq}} = \frac{N_{\mathrm{ref}}}{43.525} \times \frac{200}{3.600} \]

Bu sürelerin əhəmiyyətli yorum sınırları vardır:

• Gerçek bir gəminin kesintisiz olaraq aynı buz kesme durumunda çalıştığını varsaymaz; yalnızca matematiksel tekrardır.
• Nihai kopma və ya \(K_{\mathrm{IC}}\)’ye ulaşma süresi değildir.
• İki parametrik cədvəlda kullanılan referans \(K_I\) səviyyəleri aynı değildir.
• Farklı görev profilleri, açıq su seyri, dəyişən buz kalınlığı və bakım duruşları hesaba katılmamıştır.
• Gerçek takvim saati və ya təhlükəsiz bakım aralığı olaraq kullanılamaz.

Yaklaşık 600 MPa√mm səviyyəi nə məna daşıyır?

Tədqiqatçılar parametrik eğrilərde \(K_I\) yaklaşık 600 MPa√mm’yi geçtikten sonra eğimin belirgin biçimde arttığını, yaklaşık 1.100 MPa√mm sonrasında isə ilərlemenin çok hızlandığını gözlemlemiştir.

Bu dəyərlər nikel-alüminium bürünc üçün evrensel bir “kararlı-kararsız geçiş sınırı” olaraq yorumlanmamalıdır. Sonuç; kullanılan Paris katsayılarına, çat geometrisine, seçilən gərginlik alanına, sayısal ilərleme adımlarına və bu tədqiqatın yük spektruna özgüdür. Deneysel eşik və ya standardize edilmiş kabul sınırı değildir.

Tədqiqatnın güclü yönleri nelerdir?

• Buz, su və pervane yüklerini tek bir tam eşleştirilmiş modelde birleştirmektedir.
• Buz qırılması koheziyalı elementlarla və parça ayrılmasıyla temsil edilmiştir.
• Kısa süreli gərginlik vərisi birbaşa tekrarlanmak yerine yorğunluq ölçütleriyle yeniden strukturlandırılmıştır.
• Paris sürücüsü, rainflow dşəbəkəılımı, sınır sürekliliği və tekrar çeşitliliği aynı amaç fonksiyonunda istifadə edilmişdir.
• Ana hiperparametrelerin ayrı ayrı çıkarıldığı duyarlılık analizi sunulmuştur.
• Yşəbəkəmur akışı histogramı, aralık–orta matrisi, tezlik spektru və Paris sürücü nisbətı birlikdə dəyərlendirilmiştir.
• Özgün və yeniden strukturlandırılmış yüklerle hesaplanan çat uzunlukları birbaşa müqayisə edilmişdir.
• Mode I, Mode II, Mode III, J-inteqralı və T-gərginliyi çat cephesi boyunca incelenmiştir.
• Başlangıç çat uzunluğu və şəkil nisbətı ayrı parametrik gruplarda dəyərlendirilmiştir.

Tədqiqatnın başlıca məhdudiyyətləri nelerdir?

• Tədqiqatda yeni fiziki buz kesme və ya pervane gərginlik təcrübəi strukturlmamıştır.
• Modelin material və buz qırılma parametreleri önceki tədqiqatlardan alınmıştır.
• Tek bir R sınıfı pervane geometrisi incelenmiştir.
• Tek buz bloku, tek giriş hızı, tek buz hızı və tek pervane devri istifadə edilmişdir.
• Yalnızca bir qanad kökü elementındaki gərginlik geçmişi yeniden strukturlandırılmıştır.
• Yeniden strukturlandırma, kısa qeydta hiç bulunmayan yeni deniz və ya buz durumlarını üretemez.
• 25–1.000 saniyelik bütün spektrlar aynı kısa sayısal qeydtan türetilmiştir.
• Spektrum doğrulaması bşəbəkəımsız bir uzunmüddətli real gərginlik kaydıyla strukturlmamıştır.
• Özgün və yeniden strukturlandırılmış spektr müqayisəsı aynı sayısal model üçünde strukturlmıştır.
• 1,16 saniyedeki tek uzamsal gərginlik alanının dəyişən genlikli yükləmə boyunca temsil edici olduğu varsayılmıştır.
• Paris qanununın geçerli olduğu kararlı çat ilərleme bölgesi dışındaki davranış ayrıntılı modellenmemiştir.
• Çatlak kapanması, çevrim sırası etkisi, aşırı yük geciktirmesi və artık gərginlikler açıqça ele alınmamıştır.
• Üretim qüsurlarının real dşəbəkəılımı və ya mümkünlıksal belirsizliği hesaba katılmamıştır.
• Hesaplanan referans süreler nihai qırılma və ya real görev ömrü değildir.
• Çatlak uzunluğu və şəkil nisbətı tədqiqatlarında aynı referans \(K_I\) səviyyəi kullanılmamıştır.
• Tədqiqat resenziyadan keçməmişdir.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

• Kullanılan S-ALE və koheziyalı element düzeni, darbeli buz kesme qüvvəleri və buz parçalanması üretebilmiştir.
• İncelenen durumda qanad kökü yüksək dartılma və eşdəyər gərginlik bölgesi olaraq belirlenmiştir.
• Önerilən blok tabanlı üsul, özgün kısa kaydın rainflow və baskın tezlik xüsusiliklerini yaklaşık olaraq koruyabilmiştir.
• 200 saniyelik spektrun normalize Paris sürücüsü özgün kaydın yüzde 0,2 üzerindedir.
• Yeniden strukturlandırılmış və özgün yükləməlerin 51 adımlık çat uzunluğu nəticələri yüzde 2,55 fərqlidır.
• İncelenen yükləmə durumunda Mode I açılma biləşeni çat irəliləməsinde baskındır.
• Başlangıç çat uzunluğu, seçilən parametre aralığında şəkil nisbətından daha güclü etki göstərmişdir.
• Daha büyük başlangıç qüsurları referans qırılma sürücüsüne çok daha az çevrimde ulaşmıştır.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• Yöntemin bütün buz sinifli pervanelərdə aynı doğruluğu sşəbəkəlayacşəbəkəını sübut etmir.
• Modelin real qütb koşullarındaki yükleri təcrübəsel belirsizlik üçünde doğru tahmin ettiğini göstermez.
• Yeniden strukturlandırılmış spektrun real uzunmüddətli görev spektruyla aynı olduğunu göstermez.
• 79,15 mm çat uzunluğunun real bir pervanede aynı çevrim sayısında oluşacşəbəkəını sübut etmir.
• Tablolardaki saatlerin real seyir və ya takvim ömrü olduğunu göstermez.
• 2 mm, 5 mm və ya 10 mm’nin izin vəriləbilir bakım sınırı olduğunu belirlemez.
• Yaklaşık 600 MPa√mm dəyərinin evrensel hızlanma eşiği olduğunu sübut etmir.
• Çatlşəbəkəın 51. adımda nihai qırılmaya ulaştığını göstermez.
• Farklı buz kalınlıkları, kavite, korozyon və ya dəyişən sıcaklık altında aynı nəticələrin geçerli olduğunu göstermez.
• Gerçek bakım aralığını və ya ekonomik olaraq en uygun muayene planını hesaplamaz.

Tədqiqatnın Yöntemi və Bulguları

Teknik üsul özeti

Gerilme spektru yenidənqurma ayarları

Ana geçici yük bulguları

Spektrum doğrulama bulguları

Başlangıç çat geometrisi nəticələrinın müqayisəsı

İki yüzde fərqli müqayisə gruplarına və fərqli referans qırılma sürücüsü səviyyəlerine aittir. Mutlak saat dəyərləri iki cədvəl arasında birbaşa karşılaştırılmamalıdır.

Şekillerin temel mesajları

• Şekil 1: Nikel-alüminyum bronz üçün önceki tədqiqatdan alınan aşşəbəkəı və yüksək çevrimli S-N eğrisini göstərir.
• Şekil 2: Buz-su-pervane analizinden spektr üretimine və çat dəyərlendirmesine uzanan beş mərhələlı üsulu göstərir.
• Şekil 3: S-ALE mayə və struktur düğümleri arasındaki ceza qüvvəi eşleştirmesini göstərir.
• Şekil 4: Buz elementları arasındaki kohezyon bölgesinin hasar görerek çat oluşturmasını göstərir.
• Şekil 5: R sınıfı pervane geometrisini və hava-su-buz hesablama sahəsinı göstərir.
• Şekil 6: Buz kesme sırasında −150 ilə +230 kN arasında değişen darbeli pervane itələməsini göstərir.
• Şekil 7: Buz bloğunun qanad çevresinde ezilmesi və parçaların suya dşəbəkəılmasını göstərir.
• Şekil 8: 1,16 saniyedeki von Misəs və en yüksək əsas gərginlik dşəbəkəılımlarını göstərir.
• Şekil 9: Kritik qanad kökü elementını və 0,482–2,730 saniyelik əsas gərginlik geçmişini göstərir.
• Şekil 10: Yşəbəkəmur akışı aralık dşəbəkəılımlarının hafıza katsayısıyla birleştirilmesini göstərir.
• Şekil 11: Yeniden strukturlandırma hiperparametrelerinin çıkarılması və ya değiştirilmesinin ölçütlere etkisini göstərir.
• Şekil 12–13: Farklı sürelerdeki rainflow histogramı və aralık–orta matrislerinin ana struktursını koruduğunu göstərir.
• Şekil 14–15: Frekans struktursını və beş sürenin normalize Paris sürücüsü nisbətlarını göstərir.
• Şekil 16: Çatlak hesabında kullanılan 200 saniyelik spektrun çevrim sırasını göstərir.
• Şekil 17: Yüzey uzunluğu 2 mm və derinliği 0,6 mm olan başlangıç çatlşəbəkəını göstərir.
• Şekil 18–20: Çatlak cephesi, çevrim birikimi, \(K_I\), \(K_{II}\), \(K_{III}\), J-inteqralı və T-gərginliyinin 51 adımlık gelişimini göstərir.
• Şekil 21: Başlangıç çat uzunluğu büyüdükçe qırılma sürücüsünün daha az çevrimde yükseldiğini göstərir.
• Şekil 22: Daha büyük \(a/c\) nisbətlarının ilərlemeyi hızlandırdığını, ancaq etkinin uzunluk değişimine göre daha sınırlı olduğunu göstərir.

Kanıt səviyyəine göre nəticələrin durumu

Kaynak və Yöntem Notu

Tədqiqatnın tam özgün adı: A Paris-law equivalent spectrum reconstruction method for fatigue crack propagation of ice-class propellers in polar environments

Yazarlar: Xiaoli Yuan, Xinyao Wang, Weipeng Xiong, Mi-An Xue, Yanqi Wang və Chao Wang.

Yazar sıralaması: Xiaoli Yuan birinci, Xinyao Wang ikinci, Weipeng Xiong üçüncü, Mi-An Xue dördüncü, Yanqi Wang beşinci və Chao Wang altıncı müəllifdır.

Eşit katkı bilgisi: Yüklenen sürümde eşit katkıda bulunan müəllif bilgisi yer almır.

Sorumlu müəllif: Weipeng Xiong.

Sorumlu müəllif e-postası: xiongweipeng@hhu.edu.cn

Kurumsal bşəbəkəlantılar:

1. College of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai Univərsity, Nanjing, Jiangsu 210098, Çin.
2. College of Mechanics and Engineering Science, Hohai Univərsity, Nanjing, Jiangsu 211100, Çin.
3. College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering Univərsity, Harbin 150001, Çin.

Yazar–qurum eşleştirmesi:

• Xiaoli Yuan: Hohai Univərsity bünyesindeki birinci və ikinci qurumlar.
• Xinyao Wang: Hohai Univərsity bünyesindeki birinci qurum.
• Weipeng Xiong: Hohai Univərsity bünyesindeki birinci qurum.
• Mi-An Xue: Hohai Univərsity bünyesindeki birinci qurum.
• Yanqi Wang: Hohai Univərsity bünyesindeki birinci qurum.
• Chao Wang: Harbin Engineering Univərsity bünyesindeki üçüncü qurum.

DOI:10.2139/ssrn.7197210

Yayın platformu: SSRN.

Resmî mənbə bşəbəkəlantısı:SSRN tədqiqat kaydı

Yayın yılı: 2026.

Kesin SSRN yükləmə tarihi: Yüklenen sürümde açıq bir SSRN gönderim tarihi yer almır; kesin gün bilgisi bu yoxlamade bşəbəkəımsız olaraq doğrulanamamıştır.

Dergi durumu: Sayfa üstbilgisinde “Ocean Engineering xxx (xxxx) xxxxxx” ifadesi bulunmaktadır. Cilt, sayı, makale numarası, kabul tarihi və ya nihai çevrim içi yayın kaydı bulunmadığı üçün hakemli dergi yayını doğrulanamamıştır.

Yayınevi: Nihai hakemli yayın üçün kesin bir yayınevi kaydı yoxdur. İncelenen sürüm SSRN üzerinde yayımlanan bir preprinttir.

Kaynak türü: Sayısal mayə-struktur qarşılıqlı təsiri, algoritmik gərginlik spektru yenidənqurması və qırılma mekaniği tabanlı parametrik analiz; preprint.

Hakemlik durumu: Bu tədqiqat bir preprinttir və resenziyadan keçməmişdir.

Yazar katkıları:

• Xiaoli Yuan: Kavramsallaştırma, üsul və gözden geçirme-düzenleme.
• Xinyao Wang: İlk taslak, doğrulama, vəri düzenleme və üsul.
• Weipeng Xiong: Yöntem və gözden geçirme-düzenleme.
• Mi-An Xue: Yöntem və gözden geçirme-düzenleme.
• Yanqi Wang: Kavramsallaştırma və gözden geçirme-düzenleme.
• Chao Wang: Yöntem və gözden geçirme-düzenleme.

Finansman: Tədqiqat; Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı 52501389 numaralı fonu, Jiangsu Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı BK20241523 numaralı fonu, Shanghai Jiao Tong Univərsity State Key Laboratory of Ocean Engineering GKZD010091 numaralı fonu və KY10100250185 numaralı temel tədqiqat projesi tarafından desteklenmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar tədqiqatyı etkiləyebiləcek bilinen bir mali çıkar və ya kişisəl ilişki bildirmemiştir.

Veri erişimi: Verilərin talep üzerine paylaşılacşəbəkəı qeyd edilmişdir. Açık vəri deposu bşəbəkəlantısı vərilməmişdir.

Kod erişimi: Gerilme spektru yenidənqurma algoritmasının kodu üçün açıq depo bşəbəkəlantısı yer almır.

Etik kurul: Tədqiqat insan və ya hayvan katılımcı içermeyen sayısal mühendislik tədqiqatsıdır. Yüklenen sürümde etik kurul bilgisi yer almır.

Bu Türkçe açıqlama yalnızca yüklenen 23 sayfalık tədqiqatın metni, denklemleri, cədvəlları, sayısal model ayrıntıları və Şekil 1–22’deki görsel nəticələr temel alınarak hazırlanmıştır. Tədqiqatda bulunmayan real deniz təcrübəi, tam ölçekli ölçmə, bakım standardı, izin vəriləbilir çat boyutu və ya təhlükəsiz müəssisə süresi eklenmemiştir. Dış mənbəlar yalnızca bibliyoqrafik kimliyin, DOI’nin və rəsmi SSRN kaydının doğrulanması üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqatnın en güclü yönü, qısamüddətli buz-su-pervane simülasyonunu çat sürücüsüne göre seçilən uzunmüddətli bir spektrla və FRANC3D çat irəliləməsiyle birleştirmesidir. En əhəmiyyətli doğrulama sonucu, özgün və yeniden strukturlandırılmış spektrların 51 adım sonunda yüzde 2,55 fərqli çat uzunluğu üretmesidir. Bununla belə bu müqayisə aynı sayısal ortam üçündedir və real uzunmüddətli gərginlik ölçməünün yerini tutmamaktadır.

Başlangıç çat uzunluğunun 2 mm’den 10 mm’ye çıkarılmasıyla bildirilən yüzde 90,7 azalma, nihai struktursal qırılma ömrüne değil, uzunluk parametrik tədqiqatsında seçilən referans \(K_I\) və J-inteqralı səviyyəine ulaşmak üçün gereken çevrim sayısına aittir. Benzer biçimde cədvəllardaki ekvivalent saatler real takvim süresi və ya bakım aralığı değildir.

Yöntemin mühendislik uygulamasına geçebilmesi üçün fərqli pervane geometriləri, material partiləri, başlangıç qüsuru dşəbəkəılımları, buz kalınlıkları, buz hızları, devir sayıları və görev profilleri altında sınanması; bşəbəkəımsız uzunmüddətli yük qeydləriyla karşılaştırılması və təcrübəsel çat ilərleme testleriyle doğrulanması lazımdır.