Offshoreoperationen wie die Installation oder Demontage von Ölplattformen erfordern in der Regel das Zusammenwirken mehrerer nahe beieinander liegender Schwimmkörper. Die durch den Seegang angeregten Bewegungen einer einzelnen Struktur erfahren durch die hydrodynamische Kopplung mit benachbarten Strukturen erhebliche Änderungen. Die hydrodynamische Kopplung wird durch die Diffraktions- und Radiationswellenfelder verursacht, die sich dem einfallenden Wellenfeld überlagern und dieses je nach Phasenlage verstärken oder schwächen. Verbünde von zwei und mehr unabhängig voneinander schwimmenden Strukturen werden in dieser Arbeit als Mehrkörpersysteme beschrieben. Bisherige Ansätze zur Berechnung des Bewegungsverhaltens von Mehrkörpersystemen beschränken sich auf Frequenzbereichsanalysen, mit denen Mittelwerte für die signifikante Doppelamplitude der Bewegung schnell und effizient bestimmt werden können. Angesichts steigender Anforderungen an die Systeme in Bezug auf Sicherheit und Wirtschaftlichkeit werden jedoch Methoden benötigt, welche die zu erwartenden Bewegungen auch bei grenzwertigen Bedingungen schnell und genau berechnen. Der kausale Zusammenhang zwischen Wellen und Strukturbewegungen kann nur mit Zeitbereichsanalysen ermittelt werden. Die vorliegende Arbeit stellt ein Verfahren vor, mit dem Frequenzbereichsergebnisse in den Zeitbereich transformiert werden können. Die im Frequenzbereich berechneten Übertragungsfunktionen werden mittels Fouriertransformation in Impulsantwortfunktionen umgewandelt. Mit der Impulsantwortfunktion kann die Strukturantwort in jedem beliebigen Seegang durch Faltung bestimmt werden. Das Verfahren wird am Beispiel eines Schwimmkranes (Halbtaucher mit einer Hubkapazität von 14200 t) und einer Transportbarge für die Huboperation einer 10000 t schweren Last vorgestellt. Für die Huboperation einer 10000 t schweren Last werden zunächst Frequenzbereichsanalysen durchgeführt, um das Verhalten des Mehrkörpersystems in harmonischen Wellen zu bestimmen. Es ergeben sich sowohl für signifikante als auch maximale Doppelamplituden im Zeitbereich Werte, die unterhalb der Ergebnisse aus dem Frequenzbereich liegen. Die maximalen Bewegungsamplituden sind nicht unbedingt mit maximalen Wellenhöhen gekoppelt, sondern können auch bei bestimmten Wellenverläufen mit geringen Wellenhöhen auftreten. Die Ergebnisse zeigen weiter, dass bei Extremwellenpaketen mit Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenzen keine unerwünschten Strukturbewegungen auftreten. Nur durch Extremwellen mit Komponenten aus dem Resonanzbereich werden die Strukturen zu überproportionalen Bewegungen angeregt.
Hydrodynamisch gekoppelte Mehrkörpersysteme im Seegang. Bewegungssimulationen in Frequenz- und Zeitbereich
2005
107 Seiten, 49 Bilder, 11 Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Bewegungsgleichungen komplexer Mehrkörpersysteme
Springer Verlag | 2017
|Bahngetriebesimulation mittels erweiterter Mehrkörpersysteme
Tema Archiv | 2007
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