Extreme Seas

Design for Ship Safety in Extreme Seas

Status

abgeschlossen

Beteiligte Wissenschaftler

Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar
Dipl. Ing. Jens Ley
Dr.-Ing. Jan Oberhagemann

Projektbeschreibung

Das strategische Ziel des Projekts war, für die europäische Schiffbauindustrie verbesserte Entwurfsmethoden und -verfahren für Seeschiffe, die extremen Seegängen ausgesetzt sind, zu entwickeln. Die Steigerung der Schiffssicherheit stand dabei im Fokus. Sicherheits- und Bauvorschriften von Klassifikationsgesellschaften wurden aufgegriffen und adaptiert.

Das Verhalten von Schiffen in extremen Seegängen wurde mit Hilfe von numerischen Simulationen und physikalischen Modellversuchen untersucht, wobei u. a. die Physik und die statistischen Eigenschaften von extremen Wellen studiert wurden. Numerische Verfahren und neue Methoden für die Durchführung von Modellversuchen zur Ermittlung der Wellen-Struktur-Interaktion wurden dafür entwickelt. Ein weiteres Ziel war die Entwicklung und Implementierung von Warnkriterien für maritime Strukturen in extremen Wellen in ein Vorhersagesystem, das von einem meteorologischen Institut eines Projektpartners betrieben wird.

Die entwickelten Methoden und Verfahren sollten für verschiedene Schiffstypen einsetzbar sein. Die durchgeführten Falluntersuchungen wurden daher für Containerschiffe, LNG- und Chemikalientanker und für Passagierschiffe durchgeführt. Kritische Szenarien, wie z. B. grüne See gegen Aufbauten von Passagierschiffen, wurden adressiert.

Die Arbeiten der Universität Duisburg-Essen fokussierten auf die Entwicklung und Validierung von numerischen Simulationsverfahren zur Vorhersage von extremen Schiffslasten und –bewegungen in extremen Seegängen unter Berücksichtigung der Hydroelastizität. Dazu wurden Feldmethoden auf Basis der Navier-Stokes-Gleichungen eingesetzt. Die Strukturdynamik wurde mit Hilfe der Finite-Elemente Methode (FEM) erfasst. Vereinfachte Balkenmodelle und 3D FE-Modelle dienten dazu, die globalen Struktureigenschaften der Schiffe abzubilden.

Folgende Entwicklungen wurden durchgeführt:

• Implementierung nichtlinearer Wellentheorie zur Modellierung extremer Seegänge
• Wellendämpfung zur Vermeidung von Reflexionen
• Implementierung eines Timoshenko-Balkenmodells zur Abbildung von Schiffsvibrationen
• Entwicklung von Methoden zur Kopplung von Strömungslösern mit Finite-Elemente Lösern für die Verwendung von 3D FE-Modellen

Zur Validierung dieser Entwicklungen wurden Vergleiche zwischen Berechnungs- und Versuchsergebnissen hergestellt. Zunächst wurden extreme unregelmäßige Seegänge ohne Schiffstrukturen simuliert (Abb. 1).

Ex Sea Abb 1
Abb. 1: Zeitreihe der Wellenerhebung für ein JONSWAP-Spektrum mit Hs=12.00 m, Tz=9.33 s und γ=3.3

Anschließend wurden die welleninduzierten Schiffsantworten in extremen Seegängen unter Berücksichtigung von Slamming-induzierten Schiffsvibrationen analysiert (Abb. 2). Systematische Parameterstudien, u. a. von verschiedenen Seegangseigenschaften wie Steilheit und Schmalbandigkeit, zeigten den Einfluss auf nichtlineare Kurzzeitstatistiken der betrachteten Schiffsantworten (Abb. 3).

Ex Sea Abb 2
Abb. 2: Slamming-induzierte Schiffsvibrationen am Beispiel des vertikalen Biegemoments.

Ex Sea Abb 3
Abb. 3: Einfluss des Spitzenüberhöhungsfaktors eines unregelmäßigen Seegangs, der die Schmalbandigkeit des Seegangs beschreibt, auf die Kurzzeitstatistik des vertikalen Biegemoments auf Mitte Schiff

Förderung

 

Eu-logo gefördert durch die Europäische Kommission

​Webseite


http://www.mar.ist.utl.pt/extremeseas/



Weblinks

 

Veröffentlichungen
  1. Ley J., el Moctar O., 2014, An Enhanced 1-Way Coupling Method to Predict Elastic Global Hull Girder Loads, Proc. of ASME 2014 33th Int. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE, San Francisco.
  2. Ley J., Oberhagemann J., Shigunov V., Amian C. Langer M., Rathje H., Schellin T., 2013. Green Water Loads on a Cruise Ship, in Proc. of ASME 2013 32th Int. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, OMAE, Nantes.
  3. Oberhagemann J, Ley J., el Moctar O., 2012. Prediction of ship response statistics in severe sea conditions using RANSE, in Proc. of ASME 2012 31th Int. Conf. on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, pages 461-468, Rio de Janeiro.
  4. Oberhagemann J., Ley J., Shigunov V., el Moctar O., 2012. Efficient Approaches for Ship Response Statistics using RANS, in Proc. of the 22nd International Society of Offshore and Polar Engineers Conference, ISOPE, Rhodos.
  5. Ley J., Oberhagemann J., Onorato M, el Moctar O., 2011. Simulation of Ship in Severe and Extreme Sea conditions, In Proc. of the 14th Numerical Towing Tank Symposium (NuTTS), Poole.
  6. el Moctar O., Kaufmann J., Ley J., Oberhagemann J. Shigunov V., Zorn T., 2010. Prediction of Ship resistance and ship motions using RANSE, Proc. of the Gothenburg Workshop, Gothenburg.
  7. Ley J., Schellin T., 2013. Extreme Seas Del. 4.5: Report with Validation of Computational Methods with Reference to Experimental Results, Tech. Rep., University of Duisburg-Essen, Duisburg.
  8. Ley J., Oberhagemann J., 2012. Extreme Seas Del. 4.6: Report Describing the Implementation of Additional Nonlinear Contribution in Existing Time Domain Seakeeping Code and Calculation Examples, Tech. Rep., University of Duisburg-Essen, Duisburg.
  9. Ley J., Oberhagemann J., 2013. Extreme Seas Del. 4.7: Report with Validation of new Developed Time Domain Seakeeping Codes by Systematic Comparison with Experimental Data obtained in the project, Tech. Rep., University of Duisburg-Essen, Duisburg.