Collision comparison of different ship types by nonlinear finite element analysis
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2018-05-14
Department
Major/Subject
Marine Technology
Mcode
K3005
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
42
Series
Abstract
Possibility of a collision restricts multiple aspects of ship design. An LNG tank must be situated at a fifth of a ships breadth away from the ship side regardless of the ship type. Effects of ship type on collision performance are expected to be relevant and are thus evaluated here with means of nonlinear finite element method (FEM). Application of FEM allows the modelling of elastic and plastic material response with the crucial addition of material failure. Coarse mesh and material failure modelling provide difficulties in the simulation which have been lately researched actively. Background for the material effects are first discussed with the numerical method used to solve the structural responses. Next, constant displacement quasi-static ship-to-ship side collision simulations are performed for three different ship types. The ships in question are an icebreaker, a ropax vessel and a cruise ship. Force-penetration curves are produced for different collision scenarios and the energy spent in these collisions is analysed. Comparison of energy absorption in the collision events is then performed between the ship types. Simulations were conducted successfully and the results confirm the original assumption of ship type effect in collision performance. Icebreaker collision is found to involve similar amount of energy at B/10 level as the cruise and ropax vessels at B/5. The result is of a very relevant scale and for an LNG tank the difference could translate into 33 % bigger tank capacity. For future work the relevant collision scenarios regarding design could be investigated more and the material and fracture models enhanced even further.Törmäyksen mahdollisuus vaikuttaa moniin laivanrakennuksen osa-alueisiin. LNG tankkien tulee sijoittua viidesosan laivan leveydestä etäisyydelle laivan kyljestä riippumatta laivan tyypistä. Laivatyypin oletetaan kuitenkin vaikuttavan oleellisesti laivan suorituskykyyn törmäystilanteessa. Vaikutusta tutkitaan tässä työssä epälineaarista elementtimenetelmää (FEM) hyödyntäen. FEM mahdollistaa elastisen ja plastisen materiaalivasteen mallintamisen mukaanlukien rakenteen murtumisen joka toimii oleellisena osana törmäystarkastelua. Haasteita mallintamiseen aiheuttavat karkea verkko ja murtumisen mallintaminen, joita onkin viime vuosina tutkittu runsaasti. Materiaaliominasuuksien ja numeerisen mallintamisen taustoja ja periaatteita käydään työn alussa ensin läpi. Seuraavaksi suoritetaan vakiosiirtymäinen kvasi-staattinen laiva-laiva törmäyssimulointi kolmelle eri laivatyyppejä edustavalle laivalle. Kyseessä ovat jäänmurtaja, ropax ja risteilijä. Simulaation tuloksena saadaan voima-työntymä käyrät joiden pohjalta törmäyksiin käytettyä energiaa pystytään arvioimaan. Tätä energiaa käytetään arvoitaessa törmäystapahtumaa tutkittujen laivatyyppien välillä. Simulaatiot ajettiin toteutuneesti ja tulukset vahvistivat alkuperäisen oletuksen laivatyypin vaikutuksesta suorituskykyyn törmäystilanteessa. Jäänmurtajan törmäyksen todettiin sisältävän B/10 tasolla sama energia, kuin ropax ja risteilijä B/5 tasolla. Tulokset vaikuttavat oleellisen suurilta ja LNG tankille vastaava pituusero voisi näkyä 33 % suurempana tankkina. Tulevissa töissä voisi tutkia mitkä törmäystapaukset osoittautuvat suunnittelun kannalta hyödyllisimmiksi tai oleellisimmiksi sekä kehittää olemassa olevia materiaali ja murtumismalleja.Description
Supervisor
Romanoff, JaniThesis advisor
Ala-Peijari, JuhoKeywords
ship collision, nonlinear FEM, simulation, mesh size, fracture criterion