OFFSHORE - WINDENERGIE

GANZHEITLICHE FEM Berechnungen für die Offshore-Industrie

Wellenlasten

Die Hauptlast auf Offshore-Strukturen erfolgt durch den Seegang. Er wirkt zum einen als extreme Einzellast in Form von starken Stürmen, aber auch als kontinuierliche Betriebslast in Form von pausenlos wirkenden Wellen. Da fest stehende Offshore-Strukturen, im Gegensatz zu Schiffen, nicht für Inspektionsarbeiten gedockt werden können und Wartungsarbeiten unter Offshore-Bedingungen schwierig und teuer sind, ist eine genaue Betrachtung der Schädigung unerlässlich.

Wir berechnen die Wellenlasten auf Ihre stehenden Offshore-Strukturen wie Jackets, Tripods und Monopiles durch Lösung der Morrison-Gleichung. Auf diese Weise erhalten wir schnell die auf die Struktur wirkenden Lasten.

Bei schwimmenden Strukturen und Schwerkraftgründungen ermitteln wir die hydrodynamischen Lasten über Seegangsanalysen mit dem Potentiallöser ANSYS AQWA. Im Falle schwimmender Strukturen erhalten wir so nicht nur eine Bewegungssimulation Ihres Fahrzeugs, sondern auch die resultierenden Lasten auf die Struktur.

Eislasten

Stehen Offshore-Strukturen in arktischen Bedingungen, haben Eislasten einen bedeutenden Einfluss auf die Festigkeitsberechnung. Dabei ist zum einen die Belastung der Gründungsstruktur durch treibendes Eis zu betrachten, zum anderen die Ablagerung von Eis durch Luftfeuchtigkeit und Spritzwasser auf der Struktur selbst. Dadurch erhöhen sich die Angriffsfläche für Wind- und Wellenlasten sowie die Eigenmasse. Eisablagerungen an Flügeln von Windenergieanlagen führen zu besonders starken Vibrationen und hohen Belastungen der Blätter.

Kollisionen

Bei Offshore-Strukturen besteht stets die Gefahr durch Kollisionen mit Schiffen. Dabei wird die Kollision von Offshore-Versorgern an den dafür vorgesehen Boatlandings in der Regel durch eine statische Festigkeitsrechnung der Struktur idealisiert.

Bei einer Kollision mit einem driftenden Schiff führen wir eine FEM Simulation mit dem expliziten Löser LsDyna durch. Dabei kann die Auswirkung der Kollision auf beide Strukturen mit einem sehr hohen Detailierungsgrad simuliert werden.

Vibrationen und Unterwasserschall

Wir führen für Sie Schwingungsanalysen von Offshore-Strukturen durch. Dabei betrachten wir die Flexibilität der Bodeneinbindung sowie den Einfluss des umgebenden Wassers. Besonders von Bedeutung ist dabei die Vermeidung von Resonanz bei Anregung durch den Seegang oder eine Unwucht der Rotoren.

Bei der Aufstellung von Offshore-Strukturen kommt es zu starker Abstrahlung von Unterwasserschall. Besonders das Rammen von Gründungsstrukturen ist eine Hauptursache für diese Schallemission. Einen Auszug der von uns durchgeführten Forschung auf diesem Gebiet finden Sie in unseren Publikationen. Wir führen Rammsimulationen durch, analysieren die Schallabstrahlung in das umgebende Wasser und bewerten Lärmschutzkonzepte für Ihre Offshore-Anwendung.

Offshore-Gründungsstrukturen

Wir führen alle gängigen FEM Berechnungen Ihrer Offshore-Gründungsstruktur durch, egal, ob es sich um die Bewertung eines ersten Konzeptes, Erstellung von rechnerischen Nachweisen für die Klassifizierung oder Unterstützung bei der Zertifizierung handelt. Vor allem durch konstruktionsbegleitende Berechnungen kann die Entwicklungsarbeit von innovativen Strukturen beschleunigt und effizienter gestaltet werden.

Wir führen Festigkeitsanalysen sowie Berechnungen der Betriebsfestigkeit großer Jacket-Strukturen durch eine Idealisierung als Linienkörper durch. Details wie die pile sleeve connections oder Rohrknoten modellieren wir als detailliertes Submodel.

Für schwimmende Offshore-Strukturen analysieren wir das Seegangsverhalten unter Berücksichtigung der Abspannungen und Verankerungen. Zudem führen wir Festigkeitsberechnungen unter Berücksichtigung der speziellen Bedingungen derartiger Anlagen durch.

Bodeninteraktion von Offshore-Gründungsstrukturen

Die Bodenanbindung ist bei Offshore-Gründungsstrukturen stets als anspruchsvoll zu betrachten. Stand der Technik sind nach wie vor gerammte Pfahlgründungen. Wir modellieren die Interaktion der Pfähle, sowie der Gründung im Falle einer Schwerkraftgründung, mit dem umgebenden Boden, da die Steifigkeit der Anbindung einen hohen Einfluss auf die Festigkeit und Standsicherheit der gesamten Gründungsstruktur hat.

Offshore-Plattformen

Wir führen für Sie Festigkeitsberechnungen, Betriebsfestigkeits- sowie Schwingungsanalysen von Offshore-Plattformen durch. Dabei betrachten wir die globalen Eigenschaften wie Festigkeit, Steifigkeit und Schwingungsverhalten der ganzheitlichen Struktur. Gerne wird dabei auch die Kopplung mit der Gründungsstruktur berücksichtigt. Aber auch Details lassen sich mit der FEM effizient bewerten. So lassen sich Fundamentierungen von Aggregaten oder die Anbindung an die Gründungsstruktur simulieren.

Offshore-Versorgungsschiffe, Jack Up Bargen und Errichterschiffe

Schwimmende Offshore-Strukturen wie Errichter- und Versorgungsschiffe sind besonderen Belastungen ausgesetzt. Wir unterstützen bei dem Design und der Konstruktion dieser Strukturen durch angewandte FEM Berechnungen. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Beurteilung von hochbelasteten und spezialisierten Detailkonstruktionen wie Kran- und Windenfundamenten oder Jackingsystemen.

Bei Jack Up Bargen und Errichterschiffen beurteilen wir nicht nur die Festigkeit der Konstruktion auf statische Belastungen hin, wir bewerten auch das dynamische Verhalten und die Standsicherheit anhand der DIN ISO 19905.

Bei der Installation von Offshore-Anlagen ist der Naturschutz stets zu beachten. Dazu gilt auch die Reduktion von Unterwasserschall bei der Durchführung von Rammarbeiten bei Pfahlgründungen. Technische Umsetzungen, um dieses Ziel zu erreichen, sind beispielsweise der Kofferdamm, der Blasenschleier oder Hydro Sounddamper. Auch eine Variation in der Geometrie von Pfahl, Rammhaube und Hammer sind möglich.

Wir unterstützen Sie bei der Findung des zu Ihrem Projekt passenden Lärmschutzkonzeptes durch numerische Simulationen. Gerne empfehlen wir dabei auch die von uns zu diesem Thema veröffentlichte Literatur.

Viele Komponenten für den Offshore-Einsatz zeichnen sich durch ihre Größe und ihr Gewicht aus. Dies macht den Transport an den Einsatzort schwierig. Zudem sind die Komponenten für den Betrieb und nur selten für den Transport entworfen worden.

Als qualifiziertes Ingenieurbüro unterstützen wir Sie bei der Konzeptionierung des Transportes Ihrer individuellen Ladung. Wir ermitteln die auf die Ladung, Unterkonstruktion sowie die umgebende Struktur wirkenden Lasten und prüfen deren Festigkeit durch eine FEM Berechnung anhand aktueller Vorschriften oder individueller Randbedingungen. Zudem prüfen wir die in den vorgesehen Ladungssicherungen und Laschungen auftretenden Kräfte.

Hebevorgänge unterliegen unter Offshore-Bedingungen strengen Auflagen. Wir prüfen nicht nur die Festigkeit des Hebezeuges und der Kräne, wir bewerten auch die Festigkeit des zu hebenden Gutes.

Die Zukunft fest im Blick.


Offshore lifting operation with FEM
Offshore foundation
Offshore wind enrgy

REFERENZEN

Eine Auswahl unserer Referenzen:

  • Heben, Verfahren und Wenden einer Umspannplattform einschl. Traversen und Rigging
  • Festigkeitsberechungen, Modalanalysen, Zertifizierungsberatung und Erstellung von theoretischen Blasenausbreitungsmodellen für einen Kleinen Blasenschleier (SBC)
  • Festigkeitsberechnungen, Modalanylysen, Strömungsberechnungen, Zeichnungserstellung und Erstellung eines Design Briefs für eine abgespannte Offshore-Windkraftanlage (Guyed Foundation)
  • Berechnung der Festigkeit, Betriebsfestigkeit, des Schiffsstoßes und der Hebevorgänge für einen Metmast
  • Berechnung der Festigkeit einer Wohnplattform (Schiffsanleger, Groutverbindung, mudmats und pile sleeves, Verbindungsbrücke zur Umspannplattform, Schiffsstoß, pile catcher, pile sway, Tank deck, topsite equipment, stabbing, diverse Schraubenberechnungen)
  • Festigkeitsanalyse (ULS) der Gründungsstruktur HELWIN Alpha Kabelturm
  • Lebensdauerberechnung (FLS) des Kabelturms HELWIN Alpha
  • Festigkeitsanalyse (ULS) des Schiffsstoßes für den Kabelturm HELWIN Alpha
  • Festigkeitsberechung des Skiddens des SYLWIN Baseframes zwischen 2 Transportbargen
  • Festigkeitsanalyse der Offshore-Bargentransports des Baseframes SYLWIN Alpha
  • Festigkeitsanalyse des Submergens einer Offshore-Barge (Baseframes SYLWIN Alpha)

 

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

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

GmbH

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