Vibration management of floating floor structures in ships
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-08-19
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
62
Series
Abstract
Floating floors, visco-elastic floors and combination floors are often used to reduce noise and vibration levels e.g. in ship cabins. However, in a few cases at Arctech Helsinki Shipyard, floating floors have been detected to amplify vibrations in ship cabins. The goal of this thesis was to enhance modelling methods to take the vibrations of floating floors better into account in a design process. Two different cases were used as references, Icebreaking Supply Vessels NB506 and NB511. In both cases excessive vibrations were detected during the seatrials. In NB506 excessive vibrations occurred in the wheelhouse of the ship and in NB511 in the accommodation area. A few different approaches were briefly investigated, a simple mathematical model based on the basic concepts of vibration dynamics, a modelling method based on the finite element method and an analysis based on experimental modal analysis. The method based on finite element analysis was selected for further development since FE-analysis was already utilized in the design process. The floating floor structure was modelled by using shell and solid elements. Steel decks and top plates were modelled as shell elements and mineral wool layer as solid elements. The used material model for mineral wool was based on the behavior of wool under static loading. The material model was verified by comparing FE-model’s dynamic response with the results of dynamic stiffness definition and actual measurement data. In the case study, the FE-model of NB511 was utilized. The developed submodelling technique was used to solve the response of the local structure of 2nd Bridge Deck with implemented floating floor structure. Results of the analysis were quite auspicious when the critical area localization was considered. The results showed that the higher vibration levels can be distinguished at the locations where vibration problems occurred during the seatrials, when compared with vibration levels of other cabins in the 2nd Bridge Deck. However, comparison between FE-model response and more detailed measurements of real structures would be needed for the complete verification of the modelling method.Uivia lattioita, viskoelastisia lattioita sekä yhdistelmälattioita käytetään usein vähentämään melua sekä värähtelyjä esimeriksi laivojen hyteissä. Arctech Helsinki Shipyardin telakalla on havaittu muutamissa tapauksissa, että uivat lattiat saattavat vahvistavaa hyttien lattioiden värähtelyjä joissakin tilanteissa. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää mallinnusmenetelmiä ottamaan paremmin huomioon uivien lattioiden värähtelykäyttäytyminen laivan suunnitteluprosessissa. Tässä diplomistyössä käytettiin referenssinä kahta eri jäätä murtavaa huoltoalusta, NB506:ta ja NB511:tä. Molemmissa tapauksissa merikokeiden aikana laivoissa havaittiin huomattavia värähtelyjä. NB506:n tapauksessa värähtelyt ilmenivät laivan komentosillalla ja NB511:n tapauksessa laivan majoitustiloissa. Muutamia eri lähestymistapoja tutkittiin lyhyesti. Yksinkertainen matemaattinen malli, joka perustuu värähtelymekaniikan peruskäsitteisiin; mallinnusmenetelmä, joka perustuu äärelliseen elementtimenetelmään, sekä kokeelliseen moodianalyysiin perustuva menetelmä. Elementtimenetelmään perustuva menetelmä valittiin jatkokehitykseen, sillä elementtimenetelmää hyödynnetään jo valmiiksi laivojen suunnitteluprosessissa. Uiva lattia mallinnettiin käyttämällä kuori- sekä tilavuuselementtejä. Laivan teräskannet sekä päällyslevyt mallinnettiin kuorielementeillä ja villakerros tilavuuselementeillä. Käytetty materiaalimalli perustui mineraalivillan käyttäytymiseen staattisen kuormituksen alla. Materiaalimalli vahvistettiin vertaamalla elementtimallista saatua vastetta dynaamisen jäykkyyden määritelmään sekä olemassa olevaan mittausdataan. Työn soveltavassa osassa hyödynnettiin NB511-laivan elementtimallia. Diplomityössä kehitettyä alimallinnusmenetelmää hyödynnettiin majoitustilojen paikallisen mallin ratkaisussa. Majoitustiloihin oli paikallisessa mallissa mallinnettu uiva lattiarakenne. Värähtelyanalyysistä saadut tulokset olivat melko lupaavia mitä tulee kriittisten alueiden paikallistamiseen. Hytit, joissa havaittiin merikokeilla korkeampia värähtelytasoja, erottuivat myös äärelliseen elementtimenetelmään perustuvan värähtelyanalyysin tulosten perusteella hyteistä, joissa ongelmia ei havaittu. Lopullisen mallinnusmenetelmän vahvistaminen vaatisi kuitenkin lisää vertailua numeerisen mallin sekä todellisesta rakenteesta saatujen mittaustulosten välillä.Description
Supervisor
St-Pierre, LucThesis advisor
Packalén, JonasKeywords
soundproofing floor, floating floor, vibration analysis, shipbuilding