ICMS 2021 - Simplified approach to assess the dynamic response of a container ship subjected to bow slamming load

Marian Bogdaniuk

Polski Rejestr Statków S.A., Gdańsk

Email: marian.bogdaniuk@prs.pl

Krzysztof Wołoszyk

Polski Rejestr Statków S.A., Gdańsk

Email: krzysztof.woloszyk@prs.pl

 

Podczas wydarzenia dr inż. Marian Bogdaniuk oraz mgr inż. Krzysztof Wołoszyk z Pionu Naukowo-Badawczego PRS przedstawili uproszczone podejście do oceny odpowiedzi dynamicznej kontenerowca poddanego slammingowi dziobowemu, co skutkuje reakcją wibracyjną, zwykle nazywaną „whip-ping”.

Dokładne modelowanie numeryczne jest bardzo złożone i obejmuje łączenie rozwiązania hydrodynamicznego i konstrukcyjnego na każdym etapie, co prowadzi do ogromnych kosztów obliczeniowych i nakładu pracy. W związku z tym przyjęto metodologię sprzężenia jednokierunkowego, a obciążenia hydrodynamiczne są wyprowadzane przy użyciu liniowej teorii pasków w pierwszym kroku i stosowane do modelu belki FE.

Jak wskazali w prezentacji podczas ciężkich warunków na morzu dziób statku oscyluje w pionie, powodując impulsowe wartości wysokiego ciśnienia, zwane slammingiem. Powoduje to przejściowe drgania statku. Ze względu na szybki wzrost rozmiarów kontenerowców, „whip-ping” staje się bardzo ważnym efektem wpływającym na reakcję konstrukcji statku. Kontenerowce mają stosunkowo małą sztywność w stosunku do swojej długości. W testach modelowych testy są zwykle dość drogie i  tylko ograniczona liczba przypadków może zostać zbadana. Bardzo trudno jest zasymulować elastyczność prawdziwego statku. Wyniki takich eksperymentów są również obarczone dużymi niepewnościami. W przypadku ostatecznej oceny wytrzymałości należy wykonać trójwymiarowe obliczenia morskie w celu uzyskania ruchów statku.

Na podstawie informacji o rozkładzie ciężaru i podłużnej zmienności poprzecznego momentu bezwładności wykonano model belki wykorzystujący elementy CBEAM i komercyjne oprogramowanie FEMAP. Ocenę dynamicznej odpowiedzi przejściowej przeprowadza się przy założeniu, że momenty zginające generowane przez obciążenie uderzające mogą nałożyć się na momenty zginające wywołane spokojną wodą i falą. Niemniej jednak należy wziąć pod uwagę brakujące warunki brzegowe. Powszechnie wiadomo, że kadłub statku można traktować jako belkę z podporami sprężynowymi. Każdy węzeł jest podtrzymywany przez element sprężysty o dwóch cechach: sztywności i tłumieniu.

Można stwierdzić, że zjawiska „whip-pingu” istotnie wpływają na całkowity dynamiczny moment zginający i należy je uwzględniać od początku analizy wytrzymałości kontenerowców.

Wydarzenie skupiło licznych ekspertów zainteresowanych problematyką zagadnień związanych z zaawansowanymi analizami i metodami projektowania, konstrukcjami i elementami profilowanymi na zimno, konstrukcjami zespolonymi, konstrukcjami inżynierskimi, węzłami i połączeniami, statecznością, oceną bezpieczeństwa i niezawodności, inżynierią pożarową.