Methodology for real-time hull fatigue monitoring of an aluminium vessel
Parvikoski, Mikael (2020)
Diplomityö
Parvikoski, Mikael
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020112492826
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020112492826
Tiivistelmä
In this study, a general methodology of monitoring the real-time fatigue onboard aluminium vessels was created. The created methodology was briefly demonstrated by using a case example of a new build aluminium vessel. The requirements for hull fatigue monitoring of the case vessel was discussed with the owner party.
The goal of this work was to find out what is needed for producing a real-time fatigue monitoring system aboard an aluminium vessel. This includes the determination of methods for real-time fatigue calculation, aspects of data collection and benefits from such system.
The methodology was constructed with the support of a literature review, previous studies on the subject and current methods of ship design by regulatory parties. The methods presented are generally approved for use by the major class societies.
The initial requirements and regulations for monitoring greatly affects the process of implementation and the scope of data collection. For real-time fatigue monitoring, critical structures need to be found, analysed for severity and instrumentation planned. Further understanding of the responses can be achieved by collecting reference data, such as sea states, vessel motions and locational information.
For the case vessel, an evaluation based on the created methodology was completed and a structural model was produced. The global FE-model was analysed against a wave slamming sea state. The responses were achieved by using an One-way FSI-method between the CFD- and FEA-solvers. Further analysis was conducted by local sub-models and the structures with stress responses were analysed for their criticality and instrumentation possibilities. Tässä työssä luotiin yleispätevä metodologia reaaliaikaisen väsymisen seuraamiseksi alumiinisille aluksille. Luotua metodologiaa demonstroitiin käyttämällä uudisrakenteista tapausesimerkkiä alumiinialuksesta. Tapausesimerkkiin liittyvistä vaatimuksista rungon väsymisseurannalle keskusteltiin omistavan tahon kanssa.
Työn tavoitteena oli selvittää, mitä tarvitaan reaaliaikaisen väsymisvalvontajärjestelmän tuottamiseen alumiiniselle alukselle. Tähän sisältyy reaaliaikaisen väsymislaskennan menetelmien, tiedonkeruuseen liittyvien kohtien ja hyötyjen arvioimisen selvittäminen.
Metodologian rakentumista tuettiin käyttämällä hyödyksi kirjallisuusselvitystä, aiheeseen liittyviä aiempia tutkimuksia ja nykyisiä hyväksyttyjä metodeja laivasuunnittelussa. Yleisesti, esitetyt menetelmät ovat suurimpien luokituslaitosten hyväksymiä.
Seurannalle asetetut vaatimukset ja säännökset vaikuttavat suuresti tällaisen järjestelmän täytäntöönpanoon ja tiedonkeruun laajuuteen. Reaaliaikaista väsymisenseurantaa varten on löydettävä kriittiset rakenteet, analysoitava niiden vaikutus lujuuteen ja suunnitella paikallinen instrumentointi. Aluksen vasteita kuormitukseen voidaan paremmin ymmärtää ja hyödyntää keräämällä referenssidataa mm. aaltotapauksista, aluksen liikkeistä ja sijainneista.
Tapausesimerkille suoritettiin metodologian mukainen arviointi ja luotiin rakennelaskentamalli. Globaali FE-malli altistettiin aallon iskukuormaa vastaaville aalto-olosuhteille. Rakenteelliset reaktiot saatiin käyttämällä yksisuuntaista FSI-menetelmää CFD- ja FEA-ratkaisijoiden välillä. Rakenteiden jatkotutkimus suoritettiin käyttämällä paikallisia alimalleja. Rakenteet, joissa havaittiin jännityskeskittymiä analysoitiin niiden kriittisyyden ja instrumentoinnin osalta.
The goal of this work was to find out what is needed for producing a real-time fatigue monitoring system aboard an aluminium vessel. This includes the determination of methods for real-time fatigue calculation, aspects of data collection and benefits from such system.
The methodology was constructed with the support of a literature review, previous studies on the subject and current methods of ship design by regulatory parties. The methods presented are generally approved for use by the major class societies.
The initial requirements and regulations for monitoring greatly affects the process of implementation and the scope of data collection. For real-time fatigue monitoring, critical structures need to be found, analysed for severity and instrumentation planned. Further understanding of the responses can be achieved by collecting reference data, such as sea states, vessel motions and locational information.
For the case vessel, an evaluation based on the created methodology was completed and a structural model was produced. The global FE-model was analysed against a wave slamming sea state. The responses were achieved by using an One-way FSI-method between the CFD- and FEA-solvers. Further analysis was conducted by local sub-models and the structures with stress responses were analysed for their criticality and instrumentation possibilities.
Työn tavoitteena oli selvittää, mitä tarvitaan reaaliaikaisen väsymisvalvontajärjestelmän tuottamiseen alumiiniselle alukselle. Tähän sisältyy reaaliaikaisen väsymislaskennan menetelmien, tiedonkeruuseen liittyvien kohtien ja hyötyjen arvioimisen selvittäminen.
Metodologian rakentumista tuettiin käyttämällä hyödyksi kirjallisuusselvitystä, aiheeseen liittyviä aiempia tutkimuksia ja nykyisiä hyväksyttyjä metodeja laivasuunnittelussa. Yleisesti, esitetyt menetelmät ovat suurimpien luokituslaitosten hyväksymiä.
Seurannalle asetetut vaatimukset ja säännökset vaikuttavat suuresti tällaisen järjestelmän täytäntöönpanoon ja tiedonkeruun laajuuteen. Reaaliaikaista väsymisenseurantaa varten on löydettävä kriittiset rakenteet, analysoitava niiden vaikutus lujuuteen ja suunnitella paikallinen instrumentointi. Aluksen vasteita kuormitukseen voidaan paremmin ymmärtää ja hyödyntää keräämällä referenssidataa mm. aaltotapauksista, aluksen liikkeistä ja sijainneista.
Tapausesimerkille suoritettiin metodologian mukainen arviointi ja luotiin rakennelaskentamalli. Globaali FE-malli altistettiin aallon iskukuormaa vastaaville aalto-olosuhteille. Rakenteelliset reaktiot saatiin käyttämällä yksisuuntaista FSI-menetelmää CFD- ja FEA-ratkaisijoiden välillä. Rakenteiden jatkotutkimus suoritettiin käyttämällä paikallisia alimalleja. Rakenteet, joissa havaittiin jännityskeskittymiä analysoitiin niiden kriittisyyden ja instrumentoinnin osalta.