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.