Hava akış kanallarındaki titreşim ve gürültünün incelenmesi ve yapısal değişiklik tekniği ile azaltılması

Abstract

Mühendislik yapılarında sıkça karşılaşılan önemli dinamik sorunlardan biri rezonans durumudur. Bu durumun önlenmesinde, sistemin doğal frekanslarının çalışma aralığı dışına kaydırılması en etkili yaklaşımlardan biridir. İnce cidarlı, çok parçalı ve askı elemanlarıyla taşınan hava kanalı sistemlerinde; kesit boyutu, uzunluk, dirsek sayısı, mesnet tipi ve aralığı gibi geometrik parametreler ile işletme koşulları, sistemin katılık-kütle dağılımını ve dolayısıyla doğal frekanslarını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu tez, hava kanalı sistemlerinde yapısal titreşim ve gürültü problemlerinin azaltılmasına yönelik, frekans tepki fonksiyonlarına (FTF) ve Sherman-Morrison (SM) yöntemine dayalı bir yapısal değişiklik yaklaşımı sunmaktadır. Çalışmada, J biçimli bir havalandırma kanalı geometrisi ile mesnet/askı özelliklerinin dinamik tepki üzerindeki etkileri iki aşamada incelenmiştir. Fansız sistem koşullarında, deneysel modal analiz (EMA) ve sayısal yöntemler kullanılarak FTF verileri elde edilmiş; bu veriler sonlu eleman modelleriyle birlikte analiz edilerek doğal frekans kaydırma, mesnet konumlandırma ve yerel sertleştirme çözümleri geliştirilmiştir. Fan çalışır koşulda ise sisteme ait titreşim ve akustik ölçümler deneysel olarak gerçekleştirilmiş; işletme koşullarındaki dinamik davranış ve gürültü düzeyi belgelenmiştir. Elde edilen bulgular, yöntemin gerçekçi prototiplerdeki uygulanabilirliğini ve tekrarlanabilirliğini ortaya koymakta; HVAC sistemleri için doğrudan kullanılabilir nicel tasarım önerileri sunmaktadır.

Resonance is one of the most critical dynamic problems encountered in engineering structures. Among the strategies employed to prevent this phenomenon, shifting the natural frequencies of a system outside its operating range is considered one of the most effective approaches. In thin-walled, multi-component duct systems supported by suspension elements, geometric parameters such as cross-sectional dimensions, length, number of elbows, support type, and spacing — along with operating conditions — significantly influence the stiffness-mass distribution of the system and, consequently, its natural frequencies. This thesis presents a structural modification approach based on frequency response functions (FRFs) and the Sherman-Morrison (SM) method, aimed at reducing structural vibration and noise problems in air duct systems. In this study, the effects of a J-shaped ventilation duct geometry and support/suspension characteristics on dynamic response were investigated in two stages. Under fan-off conditions, FRF data were obtained through experimental modal analysis (EMA) and numerical methods; these data were analyzed in conjunction with finite element models to develop solutions for natural frequency shifting, support positioning, and local stiffening. Under fan-on conditions, experimental vibration and acoustic measurements were conducted to document the dynamic behavior and noise levels during operation. The findings demonstrate the applicability and repeatability of the method on realistic prototypes, and provide quantitative design recommendations directly applicable to vibration and noise control in HVAC systems.