Dynamisk fartygsdimensionering

Forskningsprojekt, 2017 – 2018

I utvecklingen mot effektivare transporter, energisnål operation och minskad miljöpåverkan till sjöss tenderar skroven att bli större än tidigare (IMO 2015). Det finns en stor potential att förbättra ett fartygs effektivitet genom att optimera skrovkonstruktionen för att reducera vikt och stålåtgång så att kostnaden för att bygga och operera fartyget minskas. I denna process är det oerhört viktigt att säkerställa att förändringar i konstruktionen görs på ett säkert sätt. Man måste utvärdera vilken inverkan mindre stålåtgång och förändrad konstruktion har på fartygets skadetålighet mot vind- och våglaster samt dess dynamiska respons vid dessa yttre laster.

Enligt en studie av IMO (IMO 2009) är potentialen 2-20 % reducering av växthusgaser för en optimerad skrovkonstruktion och reducerad vikt.

För att säkerställa att framtidens lättare skrovkonstruktioner klarar kraven på hållfasthet, sjöegenskaper, miljökrav och säkerhet till sjöss krävs ökad förståelse kring hur olika krav och lösningar påverkar hela den komplexa fartygskonstruktionsbilden. Idag föreligger en brist i dimensionerande regelverk som inte fullt ut tar hänsyn till interaktionen mellan vågornas belastningar och fartygs dynamiska respons med tillräckligt stor säkerhetsmarginal mot fartygskonstruktionens skadetålighet. Studier rapporterar att flera fartygstyper har ökade problem pga vågbelastningar som lett till resonans (springing) eller avtonande vibrationer (whipping) i skrovbalken. Detta har yttrat sig i att stora fartyg har knäckts och konstruktioner gått sönder på grund av en kombination av utmattning och överskridande av global långskeppsstyrka. Brist på grundläggande förståelse kan också leda till den motsatta effekten, dvs att fartygen konstrueras så att de är överdimensionerade vilket leder till en högre egenvikt med för stort deplacement, vilket i sin tur leder till onödigt hög energiförbrukning och ökad miljöpåverkan.

Projektet avser att bedriva gemensam forskning och utveckling av förfinade metoder för dynamisk dimensionering av fartyg, och för att öka förståelsen kring dynamiska belastningar på fartyg, dvs hur vind- och våglaster påverkar strukturresponsen. Målen i denna ansökan är att:

· Skapa en kombinerad metod och modellförsöksuppställning för utvärdering av skrovbalkens respons för ett fartygsskrov i sjö;

· Utvärdera numeriska metoder för simulering av global och lokal strukturrespons;

· Validera modellförsök och numeriska beräkningar mot fullskaleförsök och mätningar.

I denna ansökan söks delfinansiering för projektet. Projektdeltagarna  avser också att söka ytterligare finansiering i en gemensam ansökan till Energimyndigheten under våren 2017.[JWRI1]  Projektet har fått delfinansiering från Hugo Hammars fond.

Metod- och modellutvecklingen är central tillsammans med modell- och fullskaleförsöken för att utvärdera validiteten av kvasistatisk eller dynamisk analys. Projektet kommer att bidra till internationell forskning i framkant ledd av kommittén ISSC-ITTC Cooperation (se avsnittet ”Projektidé och bakgrund”) genom att bl.a föreslå en rationell och tillförlitlig metodik användbar vid fartygsprojektering eller retrofitting.

Genom att utveckla en modellförsöksuppställning för testning av strukturrespons i vågor och utveckla förädlade simuleringsmodeller är förhoppningen att mer energieffektiva skrov kan konstrueras, vilket minskar miljöpåverkan samt stärker konkurrenskraften för redare, varv och fartygskonstruktörer.

För projektdeltagarna innebär projektet en kunskapsuppbyggnad som stärker den nationella kompetensen inom området dynamisk fartygsdimensionering som är ett strategiskt viktigt område i framtiden, vilket är uppmärksammat av internationella samarbetsorganisationer (ITTC och ISSC). 

Dynamisk fartygsdimensionering är ett av Lighthouse prioriterade forskningsområden inom den svenska maritima sektorn. Projektet kommer att genomföras inom ramen för Lighthouse-samarbetet.