Im Zuge dieses Projektes wurden numerische Methoden entwickelt, um den Einfluss der Strukturverformung auf die hydrodynamischen Lasten zu bestimmen, die auf große Containerschiffe im Seegang wirken. Die elastischen Verformungen wurden den Starrkörperbewegungen des Schiffes überlagert. Erwartungsgemäß überwogen die untersten Biegeeigenformen. Mit einem Finite-Elemente Timoshenko Balkenmodell wurden die Biege- und Schubverformungen berechnet. Die Gleichungen zur Berechnung der Strukturverformung wurden mit den Reynolds gemittelten Navier-Stokes (RANS) Gleichungen gekoppelt. Die RANS-Gleichungen sowie eine Transportgleichung zur Erfassung der freien Oberfläche in ihrer Integralformen wurden für eine endliche Anzahl von Kontrollvolumina im Berechnungsgebiet gelöst. Die Druck- und Reibungskräfte wurden über die Rumpfoberfläche integriert, um sowohl die Starrkörperbewegungen als auch die elastischen Verformungen des Rumpfes zu bestimmen. Das Volumengitter wurde entsprechend der berechneten Starkörperverschiebungen und der elastischen Schiffskörperverformungen angepasst. Ein Vergleich der Bewegungen, Belastungen und Verformungen mit Modellversuchsergebnissen für ein 13000 TEU Post-Panmax Containerschiff wurde durchgeführt. Ebenfalls wurden die Daten mit Großausführungsmessungen eines 7500 TEU Containerschiffs verglichen.
Accounting for strong nonlinearities associated with impact-related waveinduced whipping impelled us to solve the fluid-structure interaction problem in the time domain and to extend the RANS code by solving the nonlinear six-degree-of-freedom motion equations coupled to the Timoshenko beam equations. This extension of the RANS solver made it possible to accuretely predict whipping effects. Our computational procedure and numerical methods enabled us to account for strong nonlinearities associated with slamming-induced whipping. Today this kind of method is the obvious choice for computing complex free-surface flows with breaking waves, sprays, and air trapping, phenomena that should be considered to predict whipping. The favorable comparison of computations with model test measurements validated our methods. We relied on the advanced design wave concept to define wave loads. With this concept, we specified equivalent regular design waves that modeled the seaway. Although these design waves only approximated the real wave conditions, there is at present no practical alternative available. More accurate procedures, such as modeling the natural seaway by superimposing of large number of regular waves would have made it necessary to deal with a prohibitively large number of variables. We systematically investigated a large containership and selected worst case scenarios that caused maximum stern slamming pressure and sectional loads. Accelerations, vertical shear forces, and vertical bending moments were found to be suitable as dominant parameters to assess global whipping effects of the ships' hull structure. To investigate hull girder whipping, it was important to account for effects of fluid-structure interaction between the wave-induced loads and the elastic hull structure. This was accomplished by two-way coupling. Generally, ship responses obtained for the elastic hull girder were higher than those obtained for the rigid hull girder, demonstrating the importance of accounting for dynamic amplification.
HELSS - Hydroelastizität von Schiffen im Seegang
2010
25 Seiten, 19 Bilder, 5 Tabellen, 17 Quellen
Conference paper
English
Schwingungen von Schiffen im Seegang
Engineering Index Backfile | 1934
|Simulation der Rollbewegung von Schiffen im Seegang
Tema Archive | 1987
|Stabilitaet von Schiffen im nachlaufenden Seegang
Tema Archive | 1982
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