Dr.-Ing. Malte Riesner, thyssenkrupp Marine Systems, Kiel; Georg-Weinblum-Preisträger 2023
In den letzten Jahren hat sich der Trend zu größeren Schiffen besonders im Bereich der Containerschifffahrt fortgesetzt. Damit verbunden ist das Interesse an der Vorhersage der hydroelastischen Effekte auf die Schnittlasten zwecks Bewertung der Sicherheit der globalen Struktur von Schiffen gestiegen. Das Strukturversagen der Containerschiffe „MSC Napoli“ und „MOL Comfort“ wird zum Teil auf die dynamischen Überhöhungen der Lasten infolge hydroelastischer Effekte zurückgeführt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues effizientes numerisches Verfahren zur Berechnung der Schnittlasten von Schiffstrukturen unter Berücksichtigung hydroelastischer Effekte und der Kopplung zwischen Biegung und Torsion entwickelt. Der Fokus lag dabei auf resonante Schwingungen höherer Ordnung. Die hydrodynamischen Lasten werden mit einem sogenannten „weakly-nonlinear“ Zeitbereichsverfahren berechnet. Das von der Vorausfahrt induzierte stationäre Strömungsfeld wird mit der wellen-induzierten oszillierenden Strömung, den nichtlinearen Starrkörperbewegungen und den elastischen Strukturverformungen gekoppelt.
Des Weiteren werden geometrische Nichtlinearitäten resultierend aus der variierenden benetzten Rumpfoberfläche berücksichtigt.
Das entwickelte Verfahren wurde anhand von Ergebnissen aus Modellversuchen und CFD-Berechnungen validiert. Dabei wurden vier unterschiedliche Schiffstypen bei variierenden Vorausgeschwindigkeiten in Wellen von Vorne sowie schräg von der Seite untersucht.