Bei der Berechnung der statistischen Schwankungen der Windbelastung von Schiffen wird zwischen kurz-, mittel- und langperiodischen Windgeschwindigkeitsschwankungen unterschieden. Der Frequenzgang kleinräumiger Windschwankungen läßt sich nach Davenport (J. Royal Met. Soc. 87 (1961)) als Funktion eines dimensionslosen Frequenzparameters f~ beschreiben, der sich aus der Frequenz, einer auf 1200 m festgesetzten Länge und der mittleren Windgeschwindigkeit in 10 m Höhe über der Wasseroberfläche ergibt. Mit Hilfe einer empirischen Übertragungsfunktion, die von f~ und der Schiffslänge abhängt, wird daraus der Frequenzgang für die Windbelastung des Schiffs berechnet; die Fahrgeschwindigkeit des Schiffs wird dabei als klein gegenüber der Windgeschwindigkeit angenommen, so daß diese praktisch keinen Einfluß auf die im Ruhesystem des Schiffs gemessenen Windschwankungsfrequenzen hat. Bei der Berechnung der kurzperiodischen Windkräfte werden die statischen Windlastkoeffizienten (Windkraft/(Schiffsseitenfläche mal Staudruck)) benutzt, die von dem Winkel zwischen Wind- und Fahrtrichtung abhängen. Windgeschwindigkeitsschwankungen von mittlerer Periodendauer beruhen auf lokalen Wetteränderungen, deren Dauerin der Größenordnung von einer Stunde liegt. Sie werden durch die Überlagerung der mittleren Windgeschwindigkeit mit einem mit der Standardabweichung der Windgeschwindigkeit gewichteten Zufallsprozeß auf Basie Energiespektren der Windkomponenten berechnet. Die Reaktion eines Schiffs auf Windschwankungen von mittlerer Periodendauer wird durch numerischer Simulation ermittelt. Langperiodische Windschwankungen können mit der Weibull-Verteilung um die wahrscheinlichste Windgeschwindigkeit beschrieben werden. Dadurch werden auch seltene, extrem hohe Belastungen erfaßt. Formal werden diese als gewichtete Windlastkoeffizienten beschrieben, die sich aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung analytisch als Funktion der Fahrgeschwindigkeit oder mit der Monte-Carlo-Methode berechnen lassen. Durch entsprechende Anpassung der Gewichtungsfaktoren, mit denen der statistischen Verteilung des Winkels zwischen Fahrt- und Windrichtung Rechnung getragen wird, läßt sich eine gute Übereinstimmung beider Methoden erzielen.
Short-term and long-term statistics of the wind loads on ships
Statistische Analyse kurz-, mittel- und langperiodischer Schwankungen der Windbelastung von Schiffen
Ship Technology Research / Schiffstechnik ; 49 , 4 ; 160-173
2002
14 Seiten, 14 Bilder, 2 Tabellen, 11 Quellen
Article (Journal)
English
Dichtefunktion , dimensionslose Kennzahl , Erwartungswert , Frequenzgang , Gewichtung , kurzperiodische Ungleichmäßigkeit , Monte-Carlo-Methode , Normalverteilung , Richtungsabhängigkeit , Schiff , Wahrscheinlichkeitsdichte , Wahrscheinlichkeitsrechnung , Weibull-Verteilung , Windbelastung , Windgeschwindigkeit , langperiodische Ungleichmäßigkeit , mittelperiodische Ungleichmäßigkeit
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