Defining support reactions between ship and heavy offshore structure during sea transport

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli määrittää tukivoimien jakautuminen offshore-rakenteen merikuljetuksessa raskaslastialuksella. Tukirakenteiden välittämät tukivoimat laivan ja lastin välillä ovat lähtökohta rakenteiden äärilujuustarkasteluille. Tuenta ottaa todellisuudessa vastaan vain puristuskuormia ja kuljetettava offshore-rakenne saattaa osittain irrota aluksen kannelta. Työssä perehdyttiin yksityiskohtaisemmin epälineaarisen tuennan mallintamiseen kontaktielementeillä. Mallinnuksella pyrittiin selvittämään tukivoimien jakautuminen ja niiden suuruus tyynenveden kuormilla ja suunnitteluaallonkorkeudella eri aallon taajuuksilla. Työssä rajoituttiin tarkastelemaan ainoastaan aluksen pitkittäissuuntaista tukivoimajakaumaa. Lisäksi työssä selvitettiin, mitä vaikutusta tukien sijainnilla ja tukien lukumäärällä oli tukivoimien jakautumiseen.

Jotta tukivoimien jakautuminen voitiin määrittää, tuli rakenteiden globaalit ja lokaalit jäykkyydet tuntea. Globaaleilla jäykkyyksillä tarkoitetaan laivan ja spar-rakenteen taivutusjäykkyyksiä. Lokaaleilla jäykkyyksillä tarkoitetaan rakenteiden paikallisia muodonmuutoksia tukirakenteiden kohdalla. Rakenteiden jäykkyydet laskettiin I-DEAS -elementtimenetelmäohjelmistolla. Lopullinen laskenta-analyysi tukivoimien määrittämiseksi tehtiin Ansys-elementtimenetelmäohjelmistolla, jossa laiva ja spar-rakenne mallinnettiin palkkielementeillä ja niiden välinen tuenta kahden solmun välisillä kontaktielementeillä. Rakenteisiin kohdistuvat harmoniset aaltokuormat ja kiihtyvyydet muodostavat kuormitussyklin, joka jaettiin useaan kuorma-askeleeseen, joille kullekin laskettiin staattisella analyysillä tuki voimat.

Tulosten mukaan voidaan helposti ja nopeasti sanoa, miten tämän tutkimuksen päämittojen spar-rakenne kannattaa tukea laivan kannelle. Tuloksista voidaan päätellä, ettei spar-rakenteen sylinteriosaa kannata tukea koko pituudeltaan. Lisäksi ristikkorakenteen tukeminen kannattaa tehdä ainoastaan yhden kohoilunvaimennustuen avulla. Tulosten suuruusluokka täsmäsi aikaisemmin tehtyjen tutkimustulosten kanssa. Epälineaaristen kontaktielementtien käyttö osoittautui hyödylliseksi ja laskenta-ajat pysyivät iteroinnista huolimatta hyvin pieninä.