Modele obliczeniowe

W Pionie Naukowo-Badawczym przeprowadzono badania nad wytrzymałością kadłuba kontenerowca poddanego obciążeniom skręcającym. Przeanalizowano dwie metody przeprowadzania obliczeń: opracowaną w Polskim
Rejestrze Statków metodę opartą o model globalny kadłuba oraz metodę analogiczną do wymaganych przez przepisy Common Structural Rules dla masowców i zbiornikowców, opartą o model ograniczony do modułu trzech ładowni (tzw. ‘cargo-hold analysis’).

Poniżej przedstawiono siatkę elementów skończonych analizowanego statku, na podstawie której utworzono modele zgodne z wymaganiami obu metod.

Rys. 1. Siatka elementów skończonych kontenerowca

 

Pierwszy z utworzonych modeli, zgodny z opracowaną w Pionie Naukowo-Badawczym metodą, to model globalny z siatką elementów skończonych podzieloną na dwa rejony. W rejonie trzech ładowni na śródokręciu siatka zbudowana jest z elementów płytowych o wymiarach rzędu odstępu między kolejnymi usztywnieniami, natomiast w częściach skrajnych kadłuba elementy są rozpięte pomiędzy kolejnymi wiązarami. Dodatkowo, w rejonie środkowym zamodelowano usztywnienia poszycia w postaci elementów belkowych. Obciążenie skręcające zrealizowano przy pomocy stałych przedziałowo obciążeń ciągłych, przyłożonych do burt modelu. Model przedstawiono na poniższym rysunku.

 

Rys. 2.  Model A, oparty o opracowaną w PRS metodę

 

Drugi model, który powstał w oparciu o przepisy CSR, ograniczony jest po długości do modułu trzech ładowni na śródokręciu (fragment z zagęszczoną siatką widoczny na Rysunku 3). Siatka elementów skończonych składa się z elementów płytowych wielkości odstępu między kolejnymi usztywnieniami oraz elementów belkowych reprezentujących usztywnienia. Sztywność skrajnych części kadłuba zasymulowano za pomocą tzw. ‘end-constraint beams’. Model obciążono przy pomocy skupionego momentu skręcającego.

 

 

Wyniki obliczeń

Postać deformacji obu modeli, przedstawiona na rysunkach 3 oraz 4, zgadza się ze wstępnymi prognozami oraz oddaje charakter zadanego obciążenia skręcającego. W obu przypadkach wyraźnie widoczna jest deplanacją przekrojów modelu, w modelu B jest on jednak znacznie bardziej wydatny.

 

Rys. 3.  Postać deformacji modelu A

 

Rys. 4.  Postać deformacji modelu B

 

Rozkład naprężeń w obu modelach jest podobny, z koncentracją występującą w charakterystycznych miejscach, a więc w narożach luków oraz w poszyciu pokładów w rejonie przewiązki międzylukowej. Znaczne różnice występują natomiast w wartościach naprężeń, które w modelu B są znacznie zaniżone.

 

 

Rys. 5.  Naprężenia zredukowane w modelu A i B, [MPa]

 

W celu porównania modeli zestawiono także maksymalne naprężenia w charakterystycznych elementach na pokładzie wytrzymałościowym modeli, których położenie zostało pokazane na poniższym rysunku. Wyniki zostały przestawione w tabeli.

Rys. 6.  Położenie wybranych elementów

 

Tab. 1.  Naprężenia maksymalne w wybranych elementach pokładu

Rejon

Naprężenia [MPa]

Model A

Model B

Δ [%]

 

1

Normalne

60.0

44.2

26

Ścinające

120.2

79.7

34

Zredukowane

208.3

138.2

34

 

2

Normalne

117.1

93.2

20

Ścinające

166.6

104.7

37

Zredukowane

298.7

209.3

30

 

Przeprowadzone badania wykazały, że stosowane w analizie wytrzymałości kadłuba masowców i zbiornikowców podejście ‘cargo-hold analysis’ nie oddaje rzeczywistej odpowiedzi konstrukcji kadłuba kontenerowca poddanego obciążeniom skręcającym. Jednocześnie, pomimo znacznego zwiększenia pracochłonności wykonania modelu, opracowana w Polskim Rejestrze Statków metoda analizy globalnej dostarcza wiarygodne i realistyczne wartości naprężeń i odkształceń skręcanego kadłuba kontenerowca.

 

Prezentacja pracy

Rozszerzona wersja powyższej analizy została zaprezentowana podczas konferencji MARTECH 2020 (16-19 Listopada, Lizbona, Portugalia), i dostępna będzie w opublikowanych materiałach pokonferencyjnych.