Probabilistic combination of wave and whipping bending moments on ship structure

doctoral thesis

• Title (croatian): Vjerojatnosna kombinacija valnih opterećenja i podrhtavanja brodskoga trupa
• Author: Maro Ćorak
• Mentor: Joško Parunov (mentor)
• Mentor: Carlos Guedes Soares https://orcid.org/0000-0002-8570-4263 (komentor)
• Committee member: Kalman Žiha (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Joško Parunov (član povjerenstva)
• Committee member: Carlo Guedes Soares https://orcid.org/0000-0002-8570-4263 (član povjerenstva)
• Committee member: Angelo Palos Teixeira https://orcid.org/0000-0002-0012-2652 (član povjerenstva)
• Committee member: Šime Malenica (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2013-12-20, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Constructive of Floating and Maritime Structures
• Universal decimal classification (UDC): 629.5 - Watercraft engineering

Abstract

A commonly used structural reliability formulation for tankers and bulk carriers is extended to include whipping effects. Procedures for the short-term and the long-term prediction of wave-induced and whipping bending moments are developed. The problem is formulated in the frequency domain using standard engineering tools for the load computation: a seakeeping code for the rigid-body response and a beam finite element model for the transient vibratory response. The von Karman approach with correction for the pile-up effect is employed for the bow flare slamming load assessment. The influence of operational and environmental uncertainties is taken into account considering different shipping routes, heavy weather avoidance and heavy weather manoeuvring. Afterwards, three types of correlations between wave and whipping bending moments are elaborated. The short-term load combination factors are derived based on a large number of time signal reconstructions from the frequency domain. These results are then evaluated by comparison with TULCS model test data of the Rigoletto container ship for available sea states and operating conditions. Based on the derived results the regression equations for estimation of the most probable short-term load combination factor are formulated. Several suggestions for the long-term prediction of the partially correlated combined bending moment and consequently the long-term load combination factor are provided. The developed procedure is applied for the structural reliability assessment of two large container ships. Finally, conclusions are drawn and guidelines for further research are given.

Abstract (croatian)

U zadnjem desetljeću kriteriji sigurnosti postao je jedan od najvažnijih parametara i zahtjeva prilikom projektiranja pomorskih konstrukcija. Napori klasifikacijskih društava i Međunarodne pomorske organizacije ka povećanju sigurnosti konstrukcije uglavnom su usmjereni na projekte brodova za krstarenja, tankera i naftnih platformi s obzirom da gubitak takvih pomorskih konstrukcija može imati katastrofalne ekonomske, ekološke i ljudske posljedice. Sigurnost konstrukcije kontejnerskih brodova našla se u žarištu istraživačke zajednice prvenstveno radi kontinuiranog povećanja dimenzija tih brodova. Naime, zbog sve većih palubnih otvora i operacijskih zahtjeva, u prvom redu brzine broda, globalni vibracijski efekti poput prolaznih vibracija i pruženja broda postali su izrazito značajni. Kako navedena dodatna opterećenja mogu ugroziti sigurnost konstrukcije, a nisu pokrivena postojećim pravilima klasifikacijskih društava postoji potreba za njihovim daljnjim istraživanjem. Stoga su brodogradilišta, brodovlasnici, istraživačke i akademske institucije udružile snage s ciljem boljeg razumijevanja i rješavanja problema. Tako je EU financirala projekt TULCS (eng. Tools for Ultra Large Container Ships) čija je osnovna namjena bila razvoj dodatnih alata i metodologija za učinkovitije i sigurnije projektiranje velikih kontejnerskih brodova. Ovaj doktorski rad predstavlja korak u tom smjeru, a međunarodna suradnja, izmjena mišljenja na tehničkim sastancima i radionicama, kao i rezultati modelskih ispitivanja u okviru TULCS projekta bili su važan izvor informacija ove disertacije. Tako je ovim doktorskim radom, uobičajeno korištena jednadžba graničnog stanja proširena za utjecaj prolaznih vibracija uslijed udaranja izboja pramca o valove. Kako se vršne vrijednosti valnih i vibrirajućih momenata savijanja određuju različitim proračunskim procedurama te kako se ne događaju u istom trenutku, pa čak ni pod istim uvjetima potrebno ih je na odgovarajući način kombinirati. U radu je poseban naglasak dan na njihovu vjerojatnosnu kombinaciju za primjenu kod metoda pouzdanosti brodske konstrukcije, uzimajući pri tom u obzir različita operacijska i okolišna ograničenja kontejnerskih brodova u službi. Kao hipoteza rada može se istaknuti činjenica da je korištenjem suvremenih metoda hidrodinamičke analize, primjenom i daljnjim razvojem spektralnih i vjerojatnosnih metoda za određivanje ekstremnih valnih i udarnih opterećenja i njihove kombinacije, te uvažavajući dostupne rezultate modelskih ispitivanja, moguće unaprijediti proceduru osnivanja konstrukcije velikih kontejnerskih brodova.

• Keywords: bow flare slamming; container ship; fast Fourier transformation; load combinations; operational and environmental uncertainties; spectral analysis; structural reliability analysis; ultimate limit state; vertical wave bending moments; whipping bending mome
• Keywords (croatian): kontejnerski brodovi; analiza pouzdanosti konstrukcije; granično stanje nosivosti; vertikalni valni moment savijanja; udaranje izboja pramca o valove; moment savijanja uslijed podrhtavanja trupa; spektralna analiza; kombinacija opterećenja; brza Fourierov
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:156159
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Access restricted to students and staff of home institution
• Created on: 2020-04-29 12:09:56