INTERAKTION / WECHSELWIRKUNG

INTELLIGENTES Zusammenspiel durch Fluid Struktur Interaktion (FSI) und FEM.

Jede Struktur steht in Interaktion mit den umgebenden und eingeschlossenen Medien. Als spezialisierter Dienstleister für fortschrittliche Finite Element Berechnungen berücksichtigen wir diese Fluid Struktur Interaktion (FSI) innerhalb der gemeinsamen Berechnungsumgebung von ANSYS Mechanical, ANSYS CFX und ANSYS AQWA.

Jede schwingende Konstruktion leitet Körperschall in die umgebende Struktur weiter und strahlt Schall in das umgebende Medium ab. Wir untersuchen das Schwingungsverhalten Ihrer Konstruktion und bewerten den Einfluss von Dämpfungselementen und elastischen Lagerungen auf die Ausbreitung von Körperschall. Zudem berücksichtigen wir den Einfluss des umgebenden Mediums auf die Schwingung.

Im Anschluss bewerten wir die Schallabstrahlung in das Medium. Die abgestrahlte akustische Leistung sowie der Schalldruck und Schalldruckpegel werden durch die Fluid Struktur Interaktion (FSI) innerhalb der Finite Element Simulation ermittelt.

Die Unterwasserakustik ist ein Bereich, der zunehmend an Bedeutung gewinnt. Nicht nur für militärische Projekte, auch in der zivilen Schifffahrt und der Offshore-Industrie haben Lärmschutzkonzepte einen hohen Stellenwert. Wir unterstützen Sie beim rechnerischen Nachweis der Effektivität dieser Konzepte durch unsere leistungsstarken numerischen Berechnungen und langjährige Erfahrung. Gerne empfehlen wir dabei auch die von uns zu diesem Thema veröffentlichte Literatur.

Für schwimmende Strukturen ist die individuelle hydrostatische Eigenschaft von entscheidender Bedeutung. Bei Schiffen im Seegang sowie bei ungleichmäßiger Ladung entstehen hohe Biegemomente innerhalb der Schiffstruktur. Dies ist besonders bei Projektladungen und Schwerlasttransporten auf dem Seeweg von hoher Bedeutung.

Wir führen hydrostatische Berechnungen durch, um die Auswirkung der Ladung auf die Stabilität des Schwimmkörpers zu ermitteln. Anschließend berücksichtigen wir die hydrostatischen Belastungen auf die Schiffstruktur sowie die Verformung des Rumpfes aufgrund von Seegang und Beladung in den globalen Festigkeitsberechnungen.

Seegangsverhalten von Schiffen und Offshore-Strukturen

Jede schwimmende Struktur wird durch den herrschenden Seegang angeregt und bewegt sich in ihren Freiheitsgraden. Bereits während der Konzeptphase lassen sich dieses Verhalten sowie die resultierenden hydrodynamischen Lasten durch numerische Simulationen vorhersagen. Diese Berechnungen sind nicht nur günstiger als Modellversuche, sie bieten zudem den Vorteil, Variationsrechnungen sowie unterschiedliche Anregungsfrequenzen und Winkel kosteneffektiv berücksichtigen zu können.

Als auf numerische Berechnungen spezialisiertes Ingenieurbüro setzen wir die Software ANSYS AQWA ein, um das Seegangsverhalten zu simulieren.

Hydrodynamische Belastungen auf Schiffstrukturen

Besonders bei Spezialschiffen sowie Katamaranen und Small Waterplane Area Twin Hull (SWATH)-Einheiten ist die Last aus dem Seegang entscheidend für die globale Festigkeit. So kann diagonal angreifender Seegang Torsionslasten auf die Schwimmkörper und deren Verbindungen ausüben.

Durch die hydrodynamischen Berechnungen mit ANSYS AQWA bestimmen wir die resultierenden hydrodynamischen und hydrostatischen Drücke sowie Beschleunigungen, die auf die Schiffstruktur wirken. Mit diesen Lasten wird eine globale Festigkeitsrechnung mit der Finite Element Methode durchgeführt. Auf diese Weise kann bereits in der Konzeptphase eine effektive und zuverlässige Aussage über die Festigkeit der Schiffstruktur getroffen werden.

Besonders für Schiffe, die Projektladung und Schwerlast transportieren, sind die aus dem Seegang resultierenden Beschleunigungen von entscheidender Bedeutung. Durch den typischerweise hohen Schwerpunkt der Ladung sowie das hohe Gewicht entstehen erhebliche Momente, welche auf die Schiffstruktur sowie auf die Ladung wirken.

Wir bestimmen die wirkenden Beschleunigungen anhand aktueller Vorschriften oder durch eine Berechnung mit ANSYS AQWA. Durch ein detailliertes FEM Modell bestimmen wir die Spannungen innerhalb der Projektladung, der Unterkonstruktion sowie der Schiffstruktur.

Zuerst wird die zu sichernde Ladung modelliert. Wenn erforderlich werden die umgebene schiffbauliche Struktur, vorhandene Lukendeckel sowie Unterkonstruktionen nachgebildet. Die Abspannungen, seien es Ketten oder Zurrgurte, werden als eindimensionale Elemente modelliert, die nur Zugkräfte übertragen können. Die Vorspannung dieser Ladungssicherungen wird ebenfalls berücksichtigt.

Durch dieses Vorgehen lässt sich die strukturelle Integrität der Ladung sowie des Schiffs bzw. der Barge oder Plattform nachweisen. Es wird auch erfasst, ob die Vorspannungen ausreichen oder die Bruchlasten der Ladungssicherungen erreicht werden.

Qualität ist das Gegenteil des Zufalls.


CFD Simulation und FSI mit FEM
Seegangsverhalten und Wellenlasten
Unterwasserakustik und Schallabstrahlung

REFERENZEN

Eine Auswahl unserer Referenzen:

  • Reduzierung der Rollbewegung des Schiffsanlegers Falckenstein durch einen Schwingungstilger
  • Unterwasserschallausbreitung beim Rammen (HELWIN Alpha, BARD OFT1, BARD OFT2)
  • Festigkeitsberechungen, Modalanalysen, Zertifizierungsberatung sowie Untersuchung der Schallabstrahlung sowie Schallausbreitung für einen Kleinen Blasenschleier (SBC)
  • Festigkeitsberechnungen, Modalanalysen, Strömungsberechnungen, Zeichnungserstellung und Erstellung eines Design Briefs für eine abgespannte Offshore-Windkraftanlage (Guyed Foundation)
  • Numerische Nachbildung von Modellversuchen in einem Wellenkanal zu Rollbewegungen gekoppelter Schwimmkörper
  • Abgleich der Seegangseigenschaften eines MPSSUs zwischen Modelltests und numerischen Simulationen (Lesen Sei mehr hier)

 

Eine Gesamtliste unserer Referenzen stellen wir Ihnen gerne in einem persönlichen Gespräch vor.

S.M.I.L.E. - FEM

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