Forskere forudsiger rullende bevægelse med stor amplitude til sikrere hav

Halvfems procent af den globale handel bevæger sig til søs og mere end $ 4 billioner gods transporteres årligt på store containerskibe. Da kommerciel skibsfart fortsat styrker vores økonomi, flådearkitekter står over for et naturligt forekommende fænomen i containerskibe, der tidligere er set i små fiskerfartøjer-rullende bevægelse med stor amplitude.

Stor amplitude rullende bevægelse gør store containerskibe ekstremt ustabile og sårbare over for besætnings- og lastulykker, maskinsvigt, strukturelle skader og muligvis kæntring.

Stor amplitude rullende på grund af parametrisk excitation opstår, når bølgelængden er sammenlignelig med skibslængden, hvilket fører til særligt markante variationer i skibets stabilitet, når det sejler gennem hårdt hav. Skibet skubbes skiftevis fra side til side, og - på kun få cykler, der dannes forhøjede bølger med rullende vinkler på mere end 35 grader - hvilket gør det farligt for besætningen og lasten.

"Bevægelsen af ​​et skib eller en offshore -struktur i bølger har altid været et fascinerende problem for flådearkitekten, "sagde Dr. Jeffrey Falzarano, professor i den nye afdeling for havteknik ved Texas A&M University.

Falzarano, en søarkitekt ved uddannelse har studeret fænomenet fiskefartøjer, der ruller og kæntrer siden hans tid som kandidatstuderende.

"Stor amplitude parametrisk rullende bevægelse af containerskibe i hovedhavet, hvor bølgerne løber direkte mod et skibs løb, imidlertid, er et relativt nyt problem, "sagde han." Det har givet alvorlige bekymringer for skibets stabilitet. "

Falzarano, sammen med tidligere studerende Dr. Amitava Guha og kandidatstuderende Dr. Abhilash Somayajula og Yujie Liu, har udviklet Marine Dynamics Laboratory (MDL) Suite, en række softwareprogrammer, der forudsiger sandsynligheden for rullende bevægelse med stor amplitude. At reducere sandsynligheden for en ulykke forårsaget af rullningen betragtes som en mere effektiv tilgang end at afbøde konsekvenserne. Understøttet af Office of Naval Research's Environmental Ship Motion Forecasting program, gruppen hjælper med at udvikle den næste generations værktøjer til forudsigelse af roll motion for flådearkitekter.

"Meget af stabilitetskriterierne for skibsdesign tager i øjeblikket ikke højde for skibets dynamiske bevægelser, "sagde Somayajula." De ældre kriterier antager, at vandene er rolige, og derfor har vi brug for et nyt sæt næste generations stabilitetsregler baseret på fartøjets dynamiske reaktion i realistiske bølger. "

Ifølge forskerne, nyt og forbedret design og drift af containerskibe kan effektivt reducere sandsynligheden for, at rullende bevægelse med stor amplitude forekommer.

Falzarano og Guha udviklede MDL HydroD, et frekvensdomæne-værktøj, der analyserer interaktioner mellem bølger og strukturer. Softwareprogrammet er en tredimensionel panelkode, der beregner bølgelast i første og anden orden og bevægelsesrespons ved nul og fremadgående hastighed på dybt og lavt vand.

Falzarano og Somayajula udvidede Guhas arbejde med at udvikle SIMDYN, et tidsdomæne-værktøj, der bruger frekvensdomæneresultaterne fra MDL HydroD. Softwareprogrammet analyserer nøjagtige modeller af fartøjets bevægelse i tilfældige bølger. SIMDYN overvejer begreber som ikke -lineær hydrostatik, ikke -lineære Froude Krylov kræfter og beregnet rulledæmpning for at simulere de ikke -lineære og tilfældige fartøjsbevægelser. Somayajula anvender i øjeblikket dette værktøj til at analysere parametrisk skibrulle i uregelmæssigt hav og løse problemet med optimering af skibsdesign til sikrere, mere stabile og effektive fartøjer.

Falzarano og Lius forskning udvider Guhas MDL HydroD -program til at overveje flere fartøjer. Det er designet til nøjagtigt at evaluere de hydrodynamiske reaktioner fra flere floatere i betragtning af bølgelast fra første og anden orden mellem flere fartøjer, side om side aflæsning og analyse af bølgehøjde mellem fartøjerne.

"Der er en enorm mængde interaktion mellem flere skibe af forskellige størrelser på grund af hullet mellem dem, "sagde Falzarano." Dette er ikke godt forudsagt godt i modellerne, og vi er nødt til at analysere eksperimentelle data for at forbedre forudsigelsen. "

Forskere siger, dette potentielle flow-softwareprogram adresserer behovet for et pålideligt værktøj, der søger praktiske og omkostningseffektive løsninger i applikationer af offshore-teknologi. Der er en stigende interesse for at forstå, hvordan de vil interagere med hinanden og søge en pålidelig og økonomisk effektiv plan.

For nøjagtigt at forudsige rullende bevægelse, Falzarano og hans team analyserede modeltestdata taget fra forsøg udført på R/V Melville, et oceanografisk forskningsfartøj til generelle formål, der drives af University of California San Diego's Scripps Institution of Oceanography.

Forskerne udvider i øjeblikket MDL Suite af softwareprogrammer til at studere stabil bølgemodstand i et skib. Den potentielle flow -metode er kendt for sin effektivitet og kan bruges som en indledende screening til at identificere lovende kandidater. Disse kandidater kan derefter analysere yderligere ved hjælp af mere sofistikerede teknikker såsom beregningsvæskedynamik eller modeltest. Dette giver mulighed for sekventiel brug af disse fremgangsmåder for samtidig at optimere skrogformer til bevægelser og bølgemodstand.

Deres næste trin omfatter brug af MDL Suite til at studere andre vigtige problemer såsom offshore flydende vindmøller og ikke -lineær bølgelastning.