Stokastiska modeller för vind- och våglaster

Forskningsprojekt, 2012 – 2017

På senare tid har viktiga förändringar skett i förutsättningarna för maritima verksamheter, bl a ändrade segelrutter anpassade till en global marknad, utveckling av större och lättare fartyg samt klimatförändringar. För att sjöfarten skall kunna bli mer transport- och kostnadseffektiv, bidra till klimatmål relaterade t ex minskade emissioner, etc, måste framtidens fartyg kunna användas nästan var som helst. Vilka metoder och modeller krävs då för att kunna analysera och bestämma om dagens fartyg med god tillförlitlighet och säkerhet kan ändra sin segelrutt till en annan rutt än de var konstruerade för? Ett annat viktigt exempel är att isen i Arktis smälter och möjliggör användande av Nordvästpassagen för transport av varor, t ex mellan EU och Japan. Passagen förkortar sträckan med ca 7 000 km och innebär lägre bränsleförbrukning och transporttider. Många fartyg är dock inte konstruerade för denna rutt och riskerar att utsättas för mycket svårare belastningar från väder och hav än de är konstruerade för. Förståelsen för risker förknippade med global sjöfart kräver bättre matematiska metoder för att beskriva variationer i yttre havsmiljö i tid och rum, och för att i större detalj modellera fartygets responser till nya och större belastningar. För att göra det möjligt att kunna dra nytta av fartyget som lastbärare och transportör på vilken rutt man vill, måste sjöfarten tillgodogöra sig fördelarna med kombinerad grund- och tillämpad forskning inom områdena matematisk statistik och sjöfart och marin teknik. Metoder och modeller kommer i en tvärvetenskaplig grundforskningsansats att utvecklas för att på ett tillförlitligt sätt beräkna designad eller kvarstående livslängd hos fartygets delar oavsett ålder. Man kan använda sig av dessa metoder och modeller på flera olika sätt, t ex genomföra nödvändiga förändringar i konstruktionen under olika faser av fartygets bruksliv, studera hur mycket skada fartyget utsätts för på olika rutter och relatera det till bl a hastighet och lastkondition, samt optimering av segelrutt för att undvika stormar och hårt väder för att minska bränsleförbrukningen och utmattningsskadan. Forskningen är inriktad på att utveckla metodik för att bl a bestämma fartygsrutter som minimerar såväl risken för sprickbildning i fartyg som bränsleförbrukningen. Flera tillämpade och teoretiska problem undersöks, bl a beskrivning av tid-rum belastningsvariationer som orsakar skador. Stora vågor är skeva och fartygets responser ickelinjära. Därför måste man använda mer komplexa modeller för att noggrannare bestämma fördelningarna av extrema lastcykler. Beräkningsalgoritmer och statistiska verktyg för att analysera en ny typ av skeva processer, som genereras av filtrerat Laplace-brus, är under utveckling. En ny klass av stokastiska fält i tid och rum, som är både horisontellt och vertikalt asymmetriska, kommer att tas fram för att beskriva t ex storleken och formen på havsstormar som ändras med tiden. Lasternas inverkan på fartygskonstruktionen kräver att metoder för att hantera fleraxlig utmattning används för att uppskatta uppkomst av sprickor. Sammanfattningsvis, de metoder och modeller som utvecklas i projektet kommer att bidra till ett ruttplaneringsverktyg som kan användas för att (i) följa hur ett fartygs utmattningslivslängd påverkas för olika rutter eller variationer i yttre last från vind och vågor, (ii) tillsammans med (i) uppskatta optimal rutt som ger låg bränsleförbrukning, samt (iii) riskanalys kopplad till planering av inspektion och underhåll av fartyget.