Nicole Schenk, Fr. Lürssen Werft GmbH & Co. KG; Patrick Kaeding, Universität Rostock
Die Vorhersage der Traglast von Schiffsquerschnitten ist weiterhin ein wesentlicher Aspekt im Schiffsstahlentwurf. Nur eine verlässliche Prognose des Lastaufnahmevermögens des Schiffskörpers ermöglicht die Bestimmung der Sicherheit gegenüber Versagen. Dieses wird zunehmend in den Regelwerken der Klassifikationsgesellschaften berücksichtigt, wie in den Common Structural Rules (CSR) der IACS. In dieser Veröffentlichung werden Grundlagen zur Beurteilung der Anwendbarkeit von Finite-Elemente-Modellen zur Vorhersage der Traglast mit inkrementell-iterativen Lösungsalgorithmen geschaffen. Nicht-lineare Berechnungen des maximalen Biegemomentes eines Massengutschiffes werden für unterschiedliche Modellgrößen und Lastfälle ausgeführt. Diese konventionelle Schiffsgeometrie wird gewählt, weil sie als Standardschiff für einen derzeitigen ISSC Benchmark genutzt wird. Da die hier gezeigte Studie auf die Anwendbarkeit von Modellierungs- und Lösungstechniken zielt, können die Ergebnisse im Prinzip auf jeden Schiffstyp von Interesse übertragen werden. Die Modellausmaße in den durchgeführten Berechnungen reichen von der einzelnen Spantscheibe über mehrere Spantscheiben bis hin zum Drei-Laderaum-Modell. Modellierungsstrategien, Netzfeinheit, Randbedingungen, Materialmodelle und Berechnungszeiten werden dabei diskutiert. Der Einfluss von Modellgröße, Querverbänden, Initialverformungszuständen und lateralen Belastungen auf die Traglast und das Konvergenzverhalten der Berechnungen wird untersucht. Sagging- und Hogging-Lastfälle werden mit lateralen Belastungen nach CSR betrachtet. Es wird gezeigt, dass eine zuverlässige Vorhersage der Traglast nur möglich ist, wenn die Lösung das Verhalten nach Überschreiten der Traglast akkurat wiedergibt. Insbesondere für große Modelle und komplexe Lastfälle werden die Beschränkungen von impliziten Lösungsverfahren aufgezeigt. Möglichkeiten zur Reduktion von Konvergenzschwierigkeiten werden diskutiert. Auch wenn in dieser Studie wegen ihrer weiten Verbreitung im Stahlentwurf nur implizite Lösungsalgorithmen betrachtet werden, wird doch ein Ausblick auf explizite Analysen gegeben.
Nicole Schenk, Fr. Lürssen Werft GmbH & Co. KG; Patrick Kaeding, Universität Rostock
Predicting ultimate strength of ship cross sections remains a critical issue in ship design. Only a reliable prognosis of the load carrying capacity of hull girders provides the designer with a measure for the ultimate structural safety. This aspect is more and more recognized by classification rules, as for instance the Common Structural Rules (CSR) of IACS. This paper provides a basis for assessing the applicability of finite element models to predicting the ultimate strength of ships, using incremental-iterative solution schemes. Non-linear analyses of the ultimate bending moment of a bulk carrier are carried out for several model sizes and load cases. This traditional ship geometry is chosen because it serves as a standard ship in an ongoing benchmark of the ISSC. Since the applicability of modelling and solution strategies is the focus of this study, the results can be transferred to basically all ship types of interest. The model extent covered by the analyses ranges from double-span (single cross section) models over models covering several frames to three-hold models. Modelling strategies, mesh fineness, boundary conditions, material models and time needed for the analyses are discussed. The influence of model size, modelling of transverse members, initial deformation and lateral loads on ultimate strength and convergence behaviour of the analyses is investigated. Sagging and hogging cases are considered – with lateral loads according to CSR where applicable. It is shown that a reliable assessment of ultimate strength is only possible if the solution captures the post-collapse behaviour accurately. In particular for large models and complex load cases, the limitations of implicit solution algorithms in such analyses are demonstrated. Possibilities to reduce difficulties in convergence are discussed. Although in this study only implicit solution techniques are applied due to their widespread use in structural design, an outlook on explicit analyses is given.