Hidroelastičnost i dinamička izdržljivost velikih kontejnerskih brodova

disertacija

• Naslov (engleski): Hydroelasticity and fatigue strength of large container ships
• Autor: Nikola Vladimir
• Mentor: Ivo Senjanović (mentor)
• Član povjerenstva: Većeslav Čorić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Ivo Senjanović (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Joško Parunov (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Vedran Žanić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Radoslav Pavazza (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2011-12-05, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Brodogradnja; Konstrukcija plovnih i pučinskih objekata
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 629.5 - Tehnika i vrste plovila

Sažetak

Hidroelastični proračunski modeli aktualizirani su gradnjom sve većih kontejnerskih
brodova, koji imaju specifične konstrukcijske i eksploatacijske značajke. U odnosu na
konvencionalne trgovačke brodove, karakterizira ih razmjerno manja krutost (prvenstveno
torzijska), što u kombinaciji sa susretnim stanjima mora vezanim za njihovu relativno veću
brzinu (oko 27 čv) uvjetuje mogućnost pojave rezonantnog odziva. U ovom doktorskom radu
unaprijeĎen je hidroelastični model za analizu velikih kontejnerskih brodova, koji se temelji
na metodi modalne superpozicije, te je ispitana njegova primjenjivost za odreĎivanje utjecaja
linearnog pruţenja na zamor brodske konstrukcije. Model je razvijen kroz višegodišnju
suradnju FSB-a Zagreb i klasifikacijskog društva Bureau Veritas Pariz. Veći napor uloţen je
na razumijevanje uloge i poboljšanja strukturnog dijela integralnog modela, pri čemu se
posebice razmatra utjecaj smicanja na uvijanje u analizi globalnih vibracija, odreĎivanje
efektivne krutosti konstrukcije strojarnice, te utjecaj poprečnih pregrada na strukturni odziv.
U prvom poglavlju detaljno je opisan razmatrani problem, dana je hipoteza
istraţivanja, pregled osnovne literature i postojećih spoznaja, te je prikazana metodologija
istraţivanja i struktura doktorskog rada. Numerički postupak za hidroelastičnu analizu
brodskih konstrukcija, s opisom sastavnih dijelova postojećeg hidroelastičnog modela,
prikazan je u drugom poglavlju. UvoĎenje utjecaja smicanja na uvijanje brodskog trupa u
osnovni strukturni model, kao proširenje utjecaja smicanja na savijanje, obraĎeno je u trećem
poglavlju. Izvedene su diferencijalne jednadţbe za spregnute horizontalne i torzijske vibracije
prizmatičnog nosača, a za primjenu na brodski trup dana je formulacija konačnih elemenata,
energetskm pristupom. U četvrtom i petom poglavlju istraţen je doprinos poprečnih pregrada i
konstrukcije strojarnice, kao strukturnih diskontinuiteta, ukupnoj krutosti brodskog trupa. Uz
izvode efektivnih parametara krutosti, obraĎena je distorzija presjeka kao sekundarna pojava.
Šesto poglavlje sadrţi numerički primjer u kojem se ilustrira primjena unaprijeĎenog
strukturnog modela za odreĎivanje globalnog hidroelastičnog odziva velikog kontejnerskog
broda nosivosti 11400 TEU. Sedmo poglavlje odnosi se na analizu utjecaja pruţenja na
zamorni vijek broda, kombinacijom unaprijeĎenog hidroelastičnog modela i 3D FEM modela
potkonstrukcije. Naposljetku, predstavljena su zaključna razmatranja doktorskog rada, s
istaknutim znanstvenim doprinosom i smjernicama za daljnja istraţivanja. U prilozima su
razmatrani utjecaj konzistentnosti formulacije konačnih elemenata i zanemarenje rotacije
masa na rezultate, utjecaj modeliranja pregrada na strukturni odziv prizmatičnog pontona, te
odreĎivanje efektivne krutosti tankostjenih nosača.

Sažetak (engleski)

Mathematical models for hydroelastic analysis become increasingly important as ever
larger container ships with specific design and exploitation characteristics are constructed.
Compared with other merchant ships, these ships are characterized by relatively lower
stiffness, which, in combination with encounter sea states related to their higher speed of
approx. 27 knots, can cause resonance effects. In this thesis, a hydroelastic model for the
analysis of large container ships, which is based on the modal superposition method, has been
improved and its applicability for the determination of the linear springing effect on the ship
structure fatigue has been investigated. The basic model has been developed through the
cooperation between the Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, Zagreb,
and the Bureau Veritas, Paris. Special attention is paid to the influence of shear on torsion and
the contribution of transverse bulkheads and closed engine room structure to the hull stiffness.
In the first chapter, the problem is presented in detail, a research hypothesis is
formulated, and an overview of the basic literature and current knowledge is given, together
with the research methodology and the structure of the thesis. A numerical procedure for the
hydroelastic analysis of ship structures and a description of the existing hydroelastic model
parts are given in the second chapter. In the third chapter, the effect of shear stress on the
torsion of the ship hull is introduced into the basic structural model, following the analogy
with the influence of shear on bending. Differential equations for coupled horizontal and
torsional vibrations of a prismatic girder have been developed, and a finite element
formulation for the application to the ship hull is derived using the energy approach. The
fourth and the fifth chapter deal with the contribution of bulkheads and the engine room
structure, as structural discontinuities, to the ship hull stiffness. Effective stiffness parameters
are derived and the section distortion as a side-effect is dealt with. The sixth chapter gives a
numerical example illustrating the application of the improved structural model for
determining the global hydroelastic response of a 11 400 TEU container ship. The seventh
chapter deals with the influence of springing on the fatigue life of the ship. The analysis was
carried out by a combination of the improved hydroelastic model and a 3D FEM substructure
model. Finally, conclusions are drawn and a scientific contribution of this doctoral thesis and
suggestions for further research are pointed out. In the appendices, the influence of a
consistent formulation of finite elements and of the neglect of mass rotation on the results is
considered together with the influence of the bulkhead modelling on the structural response of
a prismatic pontoon. The effective stiffness of thin-walled girders is also determined.

• Ključne riječi: kontejnerski brod; hidroelastčnost; dinamička izdrţljivost; strukturni model; hidrodinamički model; hidrostatički model; efektivna krutost; geometrijski diskontinuiteti; spregnute horizontalne i torzijske vibracije; pruţenje; frekvencijsko područje; analitičko rješenje; metoda konačnih elemenata; spektralna analiza
• Ključne riječi (engleski): container ship; hydroelasticity; fatigue strength; structural model; hydrodynamic model; hydrostatic model; effective stiffness; geometric discontinuities; coupled horizontal and torsional vibrations; springing; frequency domain; analytical solution; finite element method; spectral analysis
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:869418
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo i brodogradnja; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (dr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2020-05-15 19:06:50