Dipl.-Ing. Sören Ehlers
M.SC. Alan Klanac
Mihkel Kõrgesaar
Der Schiffsentwurf unter Berücksichtigung extremer Lasten, infolge einer Kollision oder Grundberührung, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Kollisions- oder grundberührungssichere Strukturen sind bereits in einer Serie von Binnenschiffen integriert und konnten dort ihre Energieabsortionsfähigkeit in einem Fall unter Beweiß stellen. Der eigentliche Ablauf um eine Struktur mit höherer Energieabsortionsfähigkeit zu entwerfen, ist bislang hauptsächlich empirischer Natur. Die Hauptaufgabe liegt hierbei das zur Verfügung stehende Material rational zu verteilen um eine höhere Energieabsortionsfähigkeit zu erhalten. Tatsächlich wird eine Schiffsstruktur entsprechend der Klassifizierungsrichtlinien entworfen und zusätzlich mit Merkmalen ausgestattet, die der Annahme unterliegen die Energieabsortionsfähigkeit zu erhöhen. Hierbei bleibt jedoch offen, ob diese neue Struktur tatsächlich dem rationalsten Entwurf entspricht. Dieser Artikel schlägt einen Ablauf vor, bei dem LS-DYNA als Löser der in ANSYS erzeugten parametrischen Modelle verwendet wird. MATLAB dient dabei als einfache Kontrolloberfläche. Dieser Ablauf kann mit Optimierungsalgorithmen verbunden werden, da alle Parameter des finiten Elemente Modells variabel sind. Dementsprechend können die Blechdicken, die Art der Aussteifungen sowie die Topologie unter extremen Lasten variiert werden. Hieraus ergibt sich eine rationale Struktur mit erhöhter Energieabsortionsfähigkeit. Zusätzlich kann der Einfluss der einzelnen Variablen des parametrischen Modells dargestellt werden. Veranschaulichend wird dieser Ablauf für ein versteiftes Paneel und einen Teil einer Schiffstruktur dargestellt.
In the present maritime environment design for accidental loading becomes more and more important. Collision and grounding resistant structures, or crashworthy structures, are already implemented into a series of inland water vessels where they show very good structural performance. The procedure how to design crashworthy structures is however a rather empirical procedure. The main task here is to distribute the available material rationally to increase the energy absorption capability of the structure. Commonly a new ship side structure is traditionally designed according to the classification rules and with certain features assuming to increase the energy absorption capacity. The question however remains, weather this new structure does really present the most rational design. Therefore this paper presents a procedure to combine the commonly used solver LS-DYNA with finite element models created in the ANSYS parametric design language, all controlled by a MATLAB routine. This procedure can be linked with a multi criteria optimization, as all parameters of a finite element model can be treated as variables. In other words, thicknesses, stiffener dimensions and the general topology can be varied and optimized with respect to impact loading. As a result, an energy efficient rational structure is obtained absorbing more energy or being lighter than the initial structure. Additionally this procedure gives a rational insight into the sensitivity of the parametric design parameters. As a case study a stiffened panel and a part of a ship side structure are analyzed and the significant findings are presented.