The suitability of composite material in deck structures on a cruise ship
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2018-09-24
Department
Major/Subject
Mechanical Engineering
Mcode
ENG25
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
54+46
Series
Abstract
Modern passenger ships have traditionally been built from steel. There is continuous pressure from the ship owners to utilize lighter and non-traditional materials. Recent developments in the International Maritime Organization’s (IMO) conventions have made it possible to use composites or Fibre-Reinforced Plastic (FRP) in commercial shipbuilding. This thesis studies the feasibility of using composite material in top deck structures on a passenger ship and offers a method for material selection. Basics of composite material were studied from textbooks. Advanced, marine and state-of-the-art of composites from journal publications, industry reports and classification society rulings. Three potential manufacturers were also interviewed for pricing information and their expertise with composites. All the research was done considering passenger shipbuilding and from the perspective of the shipyard. Two existing top deck steel structures were selected as case studies for evaluating the material change from steel in to composite. For the case studies, software specialized in composites was utilized in modeling the structures and evaluating the weight, deflections, stresses, failures and safety margins. Analytical Hierarchy Process (AHP) decision hierarchy was built for the two structures with the help of the information gathered during research and the case study data. The decision hierarchy was used to decide between three materials for the structures; steel, Glass Fibre-Reinforced Plastic (GFRP) and Carbon Fibre-Reinforced Plastic CFRP. Both case studies resulted in a selection of GFRP. The final AHP can be more fine-tuned with further improving the hierarchy and the criterion weights for more accurate decision. More work is needed as the topic turned out to be broad with numerous branches and the accuracy of the hierarchy relies on this information.Nykyaikaiset matkustajalaivat on perinteisesti rakennettu teräksestä, mutta alusten omistajat luovat jatkuvasti painetta käyttää kevyempiä ja ei-perinteisiä materiaaleja. Kansainvälisen merenkulkujärjestön (IMO) yleissopimusten kehitystyö on mahdollistanut komposiittien ja kuitulujitettujen muovien (FRP) käytön kaupallisessa laivanrakennuksessa. Tämä opinnäytetyö tutkii mahdollisuutta käyttää komposiittimateriaalia matkustajalaivan päälikannen rakenteisiin ja tarjoaa menetelmän materiaalin valinnalle. Komposiittimateriaalin perusteisiin tutustuttiin oppikirjojen avulla. Kehittyneempiin, meri ja state-of-the-art komposiitteihin paneuduttiin artikkelien, alan raporttien ja luokituslaitosten materiaalien kautta. Kolmea potentiaalista valmistajaa haastateltiin komposiittien hinnoitteluun ja asiantuntemukseen liittyen. Kaksi olemassa olevaa yläkansirakennetta valittiin tapaustutkimuksiksi materiaalin muutoksen teräksestä komposiittiin. Tutkimus tehtiin laivanrakentamisen ja telakan näkökulmasta. Tapaustutkimuksissa käytettiin komposiitteihin erikoistunutta ohjelmistoa rakenteiden mallinnuksessa sekä painon, taipumien, jännitysten, vaurioitumisen ja varmuuden arvioinnissa. Analyyttisen hierarkian prosessin (AHP) päätöshierarkia rakennettiin kahdelle tapaustutkimusrakenteelle työn aikana kerättyjen tietojen ja tapaustutkimusten avulla. Hierarkiaa käytettiin rakenteiden materiaalivalinnassa kolmen materiaalin kesken jotka olivat; teräs, lasikuituvahvisteinen muovi (GFRP) ja hiilikuituvahvistettu muovi (CFRP). Valinnan tuloksena rakenteiden materiaaliksi tuli GFRP. AHP:n lopullista hierarkiaa tulee hienosäätää entisestään parantamalla itse hierarkiaa ja kriteeripainoja joka johtaa tarkempaan päätöksentekoon. Lisää työtä tarvitaan, koska aihe on laaja sekä monitahoinen ja hierarkian tarkkuus perustuu tietoon.Description
Supervisor
Romanoff, JaniThesis advisor
Raikunen, JoniNiemelä, Ari
Keywords
Analytical Hierarchy Process, composite, fibre-reinforced plastic, passenger ship, superstructure