MPS ve FEM Tabanlı Akışkan-Yapı Etkileşimi Modelinin Çoruh Nehri Üzerindeki Ardıl Baraj-Yıkılma Problemine Uygulanması

Abstract

Tr en Akışkan-yapı etkileşimi (fluid-structure interaction: FSI) çok uzun bir geçmişe sahip değildir. Araştırmacılar tarafından akışkan ve yapı ayrı ayrı farklı formülasyonlar ile modellenmiştir. Fakat literatürdeki akışkan yapı etkileşimini inceleyen çalışmalar sınırlı sayıdadır ve bu çalışmalarda incelenen problemler çoğunlukla inşaat mühendisliği alanlarının dışında kalmıştır. Baraj yıkılmaları, taşkının yapılara etkisi, çalkalanma etkisi ve tsunami gibi problemler inşaat mühendisliğindeki akışkan-yapı etkileşimini içeren problemlerdir. Bu çalışmada, akışkan için “Moving Particle Semi-implicit (MPS)” metodu ve yapı için sonlu eleman metodu (finite element method: FEM) kullanılarak bir akışkan-yapı etkileşim modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen model idealize edilmiş ardıl baraj-yıkılma problemine uygulanmıştır. Yıkılan üst barajın alt baraj gövdesindeki etkisi basınç okumaları ile gözlemlenmiştir. Bunun yanında, alt baraj haznesindeki taşkın davranışı verilen su yüzeyi profilleri ile gözlemlenmiştir. Her iki sonuç da ileriye dönük çalışmalar ve alınacak önlemler için kullanılabilir. Studies about fluid-structure interaction (FSI) problems do not have a long history. Fluid and structure has been separately modelled with different formulations by researchers. However, studies about FSI are limited and problems investigated in these studies are mostly out of civil engineering areas. Problems such as dam-breaking, flood effect on structure, slushing effect and tsunami are the problems consisting of a fluid structure interaction in civil engineering. The present study, a fluid structure interaction model is developed by using moving particle semi-implicit method (MPS) and finite element method (FEM) for fluid and structure, respectively. The developed code is applied to an idealized sequential dam-break problem. The effect of failed upper dam on the lower dam body is investigated in terms of pressure readings. Besides, behavior of flood in lower reservoir is observed with given profiles of surface water. Both results can be used for future studies and taking protective measures.