Automatizirana priprema modela za analizu odziva grotlenog poklopca broda za prijevoz rasutog tereta metodom konačnih elemenata

master's thesis

• Title (english): Automatic preparation of finite element analysis model for analysis of a bulk carrier hatch cover
• Author: Gordan Kos
• Mentor: Pero Prebeg (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2022-12-16, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Shipbuilding; Constructive of Floating and Maritime Structures

Abstract

Cilj ovog diplomskog rada je izrada modula za automatiziranu izradu mreže konačnih elemenata na roštiljnoj konstrukciji grotlenog poklopca u programskom jeziku Python. Modul je izveden u okviru programa otvorenog koda d3v-sgd čija je namjena modeliranje, analiza i vizualizacija jednostavnih brodskih roštiljnih konstrukcija. Modul za automatiziranu izradu mreže konačnih elemenata izrađuje mrežu na temelju učitanog modela konstrukcije, koji sadrži sve informacije o položajima i svojstvima konstrukcijskih elemenata. Učitani model se provjerava prema kriterijima izvedivosti mreže i prolazi automatsko prepoznavanje simetričnosti konstrukcije. Na temelju prepoznatih ili ručno odabranih osi simetrija određuju se granice za izradu mreže konačnih elemenata. Unutar tih granica modela se računaju dimenzije konačnih elemenata, prema parametrima za kontrolu mreže koji se podešavaju u izrađenom korisničkom sučelju. Inicijalne vrijednosti ovih parametara su postavljene prema preporukama Lloyd's Register i zajedničkim konstrukcijskim pravilima International Association of Classification Societies, Common Structural Rules for Bulk Carriers. Za diskretizaciju konstrukcije prema izračunatim dimenzijama konačnih elemenata su izrađene dvije varijante mreža. Prva varijanta generira mrežu isključivo sa pravokutnim quad elementima, a druga koristi kombinaciju četverokutnih i trokutastih konačnih elemenata. Na generiranu mrežu konačnih elemenata se izrađenim algoritmima postavljaju rubni uvjeti, opterećenje vanjskim tlakom i vlastitom težinom. Ispitivanje automatske izrade mreže konačnih elemenata je provedeno na ukupno 8 različitih ispitnih varijanti konstrukcije. Za svaku ispitnu varijantu su priloženi nacrti, navedene specifičnosti i karakteristike, prikazani modeli konstrukcije te generirane mreže konačnih elemenata u programu d3v-sgd. Za odabranu ispitnu varijantu prikazani su rezultati analize metodom konačnih elemenata sa programom OOFEM koji je integriran u d3v-sgd. Odziv konstrukcije uspoređen je sa odzivom iste konstrukcije koja je ručno modelirana i analizirana u programu Maestro.

Abstract (english)

The objective of this master’s thesis is creation of a Python module for automated finite element mesh generation of a hatch cover grillage structure. This module is developed as a part of d3v-sgd, an open-source program for modelling, analysis and visualization of simple ship grillage structures. The finite element mesh is generated based on an input grillage model which contains all data relating to positions and properties of all structural elements. This input model is checked for mesh feasibility and goes through automatic symmetry detection. Finite element mesh extents are calculated based on the automatically discovered or overridden axis of symmetry. Finite element mesh size within the mesh extents is calculated using the input mesh control parameters, which can be set in the user interface. Initial values of mesh control parameters are set according to recommendations of Lloyd's Register and International Association of Classification Societies, Common Structural Rules for Bulk Carriers. Discretization of the grillage structure according to the calculated mesh size can be performed using two different meshing variants. The first variant generates the finite element mesh using exclusively rectangular quad elements, while the second variant uses a combination of quad and triangle elements. Boundary conditions are automatically applied to the generated finite element mesh, along with a load case which consists of external pressure and self-weight. Testing of automatic mesh generation has been conducted on 8 different test grillage structure variants. Blueprints, particularities, characteristics, input models and generated finite element mesh variants in d3v-sgd are shown for all test grillage variants. Results of finite element method analysis using OOFEM integrated into d3v-sgd are shown for a selected test variant. Structural response is compared with the response of the same grillage structure variant that has been manually meshed and analyzed in the program Maestro.

• Keywords: metoda konačnih elemenata; roštiljna konstrukcija; automatizirana izrada mreže konačnih elemenata; Python; d3v-sgd; OOFEM
• Keywords (english): finite element method; grillage structure; automated finite element mesh generation; Python; d3v-sgd; OOFEM
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:940868
• Study programme: Title: Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka brodogradnje (magistar/magistra inženjer/inženjerka brodogradnje)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2022-12-12 08:35:34