Stiffened Steel Panels in Ships: Characterization of Compressive Behavior, Environmental Impacts, and Modeling Approaches

Thumbnail Image

Files

Bruns_Lenni_2025.pdf (1.39 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Bachelor'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

2025-09-05

Department

Major/Subject

Computational Engineering

Mcode

ENG3082

Degree programme

Aalto Bachelor’s Programme in Science and Technology

Language

en

Pages

23+8

Series

Abstract

Stiffened panels are structural components, which are widely utilized in maritime engineering to provide strength and rigidity to a ship at a reduced weight. Advances in materials processing has led to a decrease in material thickness, which can promote instability. This thesis evaluates stiffened steel panels in ship structures to properly analyze a ship safety and ultimate strength under varying conditions. Ship strength, environmental impacts, and modeling approaches are fundamental parts that are required for a comprehensive analysis of ship safety. The research focused on the compressive loading conditions, as the compressive gplays a crucial role in the structural design of a vessel, notably to prnevent a buckling failure. The maritime environment proved to be a complex setting with numerous factors that significantly impact the ultimate strength of a vessel, such as corrosion, temperature, and cyclic loading. Notably, marine corrosion was attributed as a predominant source of ship failures, with a potential to halve the ultimate strength of a vessel. It would be beneficial to properly understand and consider these environmental factors, along with initial imperfections, to form a sensible assessment of ship safety and ultimate strength using analytical and computational approaches for structural modeling. These modelig techniques, such as the finite element method (FEM), were found to provide an adaptable and powerful method of estimating the structural behavior of ships. The study explored different methods and their applications, as well as evaluated their strengths and weaknesses to determine their current state and potential future. Particularly, Artificial Neural Network (ANN) showed significant promise in the field, as it demonstrated to be efficient in information processing and could potentially lower the high computational costs of traditional modeling techniques. Further research towards the optimization and improvement of modeling techniques could prove beneficial for reducing computational costs and enhancing accuracy, so that ship safety can be better evaluated in the future.

Jäykistetyt paneelit ovat rakenteellisia osia, joita käytetään laajasti meritekniikassa tuomaan lujuutta ja jäykyyttä laivoihin kevyellä menetelmällä. Edistykset materiaalien käsittelyssä ovat johtaneet materiaalin ohenemiseen, joka saattaa lisätä epävakautta. Tämä kandidaattityö tutkii jäykistettyjä teräspaneeleita laivarakenteissa, jotta laivan turvallisuutta ja murtolujuutta kyetään ennustamaan vaihtelevissa olosuhteissa. Laivan lujuus, ympäristövaikutukset ja mallinnusmenetelmät ovat olennaisia käsitteitä, joita vaaditaan kokonaisvaltaiseen arviointiin laivan turvallisuudesta. Tämän kandidaattityön painopiste keskittyy puristuskuormitusolosuhteisiin, sillä puristuslujuus on keskeinen tekijä laivasuunnittelussa, erityisesti nurjahdusmurtuman (engl. buckling failure) ehkäisyssä. Meri osoittautui tutkimuksessa monimutkaiseksi ympäristöksi, jossa lukuiset tekijät, kuten korroosio, lämpötila, sekä syklinen kuormitus vaikuttivat laivan murtolujuuteen (engl. ultimate strength). Erityisesti korroosio paljastui laivojen vaurioiden merkittäväksi tekijäksi, joka kykeni jopa puolittamaan aluksen murtolujuuden. Ympäristötekijät ja alkuperäiset epätäydellisyydet olisi hyödyllistä ymmärtää, sekä ottaa perusteellisesti huomioon, jotta luotettava arvio laivan turvallisuudesta ja murtolujuudesta voidaan muodostaa mallinnusmenetelmien avulla. Kyseiset mallinnusmenetelmät, kuten elementtimenetelmä (engl. finite element method), todettiin tehokkaiksi ja joustaviksi työkaluiksi, joilla pystyttiin simuloida laivojen rakenteellista käyttäytymistä. Työssä käsiteltiin erilaisia menetelmiä ja sovelluksia, sekä arvioitiin niiden vahvuuksia ja heikkouksia nykytilan ja tulevaisuuden näkymien selvittämiseksi. Erityisesti keinotekoinen neuroverkko (engl. Artificial Neural Network) oli tehokas tietojenkäsittelyssä. Kyseinen menetelmä osoittautui lupaavaksi vaihtoehdoksi perinteisille laskennallisille mallinnusmenetelmille, joiden laskentakustannukset paljastuivat heikkouksiksi. Jatkotutkimukset mallinnustekniikoiden optimoimiseen ja kehittämiseen saattaisivat vähentää laskentakustannuksia ja lisätä tarkkuutta, jotta laivan turvallisuutta pystyttäisiin tehokkaammin arvioimaan tulevaisuudessa.

Description

Supervisor

St-Pierre, Luc

Thesis advisor

Romanoff, Jani

Keywords

stiffened panel, ultimate strength, environmental influences, modeling approaches

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202510077448

Collections

[kand] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG