Έλεγχος αντοχής μεταλλικής κατασκευής Bulk Carrier σύμφωνα με τους ισχύοντες κοινούς κατασκευαστικούς κανόνες CSR 2019

Φωτόπουλος, Αλέξανδρος; Fotopoulos, Alexandros

dc.contributor.author	Φωτόπουλος, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Fotopoulos, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2020-05-04T15:06:19Z
dc.date.available	2020-05-04T15:06:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50369
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18067
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Μεταλλική κατασκευή πλοίου	el
dc.subject	Κανόνες Ν=νηογνωμόνων	el
dc.subject	Έλεγχος διαστασιολόγησης πλοίου	el
dc.subject	Μοντέλο τριών αμπαριών	el
dc.subject	Finite elements	en
dc.subject	Common structural rules	en
dc.subject	Ship strength assessment	en
dc.subject	Three hold analysis	en
dc.subject	Ship structures	en
dc.title	Έλεγχος αντοχής μεταλλικής κατασκευής Bulk Carrier σύμφωνα με τους ισχύοντες κοινούς κατασκευαστικούς κανόνες CSR 2019	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αντοχή πλοίου	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-24
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται έλεγχος αντοχής των κατασκευαστικών στοιχείων στην περιοχή της μέσης τομής ενός Bulk Carrier κατηγορίας Capesize και συνολικής χωρητικότητας 190,000 tons DWT, σύμφωνα με τους σύγχρονους κοινούς κατασκευαστικούς κανόνες CSR 2019. Η κατασκευή του συγκεκριμένου πλοίου ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2006, την περίοδο όπου είχαν τεθεί σε εφαρμογή οι πρώτοι κατασκευαστικοί κανόνες CSR – BC. Ωστόσο λόγω της μεταβατικής περιόδου δεν χτίστηκε με βάση τις απαιτήσεις των CSR, αλλά σύμφωνα με τους κανόνες της κλάσης του. Στα πλαίσια λοιπόν της παρούσας μελέτης εξετάζεται κατά πόσο τα κατασκευαστικά στοιχεία του πλοίου ικανοποιούν τις ισχύουσες απαιτήσεις των σύγχρονων κατασκευαστικών κανόνων. O έλεγχος πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψη ότι τα κατασκευαστικά στοιχεία έχουν υποστεί διάβρωση και επικεντρώνεται σε δύο επίπεδα: (i) τον έλεγχο των περιγραφικών απαιτήσεων (Prescriptive Requirements) και (ii) τη σχεδιαστική επαλήθευση με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Method). Το πρώτο επίπεδο (i) αφορά κριτήρια διαστασιολόγησης που έχουν τη μορφή εξισώσεων και προδιαγράφουν ελάχιστες διαστάσεις και γεωμετρικές ιδιότητες, προκειμένου να ικανοποιούνται οι οριακές καταστάσεις σχεδίασης σε όρους μορφών αστοχίας. Τα κριτήρια αυτά βασίζονται σε σχεδιαστικές φορτίσεις καθώς και σε εμπειρικές σχέσεις και αποτελούν το κατώφλι για τον έλεγχο της διαστασιολόγησης. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται έλεγχος των περιγραφικών απαιτήσεων των διαμήκων κατασκευαστικών στοιχείων (ελάσματα & ενισχυτικά) της μέσης τομής του υπό μελέτη Bulk Carrier ως προς τη διαρροή. Επιπλέον, εξετάζονται κριτήρια που αφορούν ελάχιστες εμπειρικές απαιτήσεις (Minimum Thicknesses), απαιτήσεις λυγηρότητας (Slenderness Requirements) και ειδικές απαιτήσεις που αφορούν τα Bulk Carriers (Grab Thickness). Η διαδικασία ελέγχου των περιγραφικών απαιτήσεων πραγματοποιήθηκε στο περιβάλλον MATLAB, μέσω προγράμματος που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, με στόχο την αυτοματοποίηση της διαδικασίας ελέγχου και την συνοπτική οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Παράλληλα χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα του Γαλλικού Νηογνώμονα MARS2000, για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων και της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε. Από την ανάλυση αυτή, διαπιστώθηκε ότι συνολικά η μέση τομή του υπό εξέταση πλοίου διαθέτει επαρκή ροπή αντίστασης για να παραλάβει τις ορθές τάσεις λόγω διαμήκους κάμψης της γάστρας. Ωστόσο, σε τοπικό επίπεδο, οι απαιτήσεις των σύγχρονων κοινών κατασκευαστικών κανόνων διαπιστώθηκε πως είναι σαφώς αυστηρότερες σε σχέση με προηγούμενους κανόνες Νηογνωμόνων, καθώς σε πολλά σημεία της διατομής οι καθαρές διαστάσεις των τοπικών κατασκευαστικών στοιχείων δεν καλύπτουν τις παραπάνω απαιτήσεις. Το δεύτερο επίπεδο (ii) αφορά τον απευθείας υπολογισμό της απόκρισης ενός κύτους (Direct Strength Analysis) στην περιοχή της μέσης τομής, υπό δεδομένες φορτίσεις και την επακόλουθη αξιολόγηση της κατασκευαστικής επάρκειας έναντι διαρροής (Stress Assessment), στα πλαίσια σχεδιαστικής επαλήθευσης. Κατά τη διαδικασία αυτή, αναπτύχθηκε μοντέλο έκτασης τριών αμπαριών (3 Hold Analysis) του υπό εξέταση πλοίου, στο υπολογιστικό περιβάλλον ABAQUS CAE και εξετάστηκε σε συνδυασμό κατάστασης φόρτωσης εναλλάξ και δυναμικής κατάστασης HSM1 (Sagging). Η μοντελοποίηση, καθώς και η επιβολή των φορτίσεων πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τη μεθοδολογία των κανόνων. Τέλος, η επιθυμητή εντατική κατάσταση προέκυψε μετά από διορθώσεις των καμπτικών ροπών και των διατμητικών δυνάμεων, που διασφαλίζουν ότι η απόκριση του μοντέλου προσομοιάζει το συγκεκριμένο τμήμα του πλοίου. Η αξιολόγηση της αντοχής πραγματοποιήθηκε για το μεσαίο κύτος του μοντέλου, στο οποίο η απόκριση που προέκυψε από αυτήν την ανάλυση βρέθηκε εντός της επιτρεπόμενης τάσης, διαπιστώνοντας ότι τα κατασκευαστικά στοιχεία παρουσιάζουν ικανοποιητική αντοχή έναντι διαρροής.	el
heal.abstract	This work focuses on the strength assessment of structural components of Bulk Carriers based on the methodology presented in the latest Harmonized Common Structural Rules 2019. The study is carried out for an existing Capesize Bulk Carrier with deadweight capacity 190,000 tones, built before the period where the first Common Structural Rules for Bulk Carriers where put into action, in order to investigate the scantling requirements. Strength assessment based on the CSR is implemented towards two directions, (i) prescriptive requirements and (ii) design verification based on Finite Element Method. The first approach (i) consists of requirements with prescriptive format that cover failure modes such as yielding and buckling, through load-based design scenarios and they include minimum requirements and other empirical design requirements. The present study addresses hull local scantlings of longitudinal members (plates and stiffeners) and hull girder strength in terms of yielding capacity. Buckling was not studied in terms of prescriptive requirements, but only in terms of minimum slenderness criteria. Design verification based on finite element analysis (FEM), which is obligatory for vessels with length greater than 150 m, constitutes the second approach (ii). To further investigate the yielding capacity of the vessel, a stress assessment for a cargo hold in the midship region was implemented, for alternate full load condition, combined with the dynamic load case HSM-1 (sagging). For that purpose, a three-hold analysis was carried out in the complete ABAQUS environment. The parameters included in the Finite Element modelling, as well as the loads and boundary conditions enforced, were compatible with the CSR methodology. The response of the structure was the result of local loads (sea pressure, steel weight and cargo) and global loads (bending moments) applied on both ends of the model, in order to achieve the target shear force at the aft bulkhead of the Midhold and the target maximum bending moment. The analysis revealed interesting aspects regarding the development of modern ship structure design methodologies for Bulk Carriers. More specifically, it was found that the actual section modulus of the vessel as a hull girder yielding requirement was achieved. As for the hull local scantlings, the latest CSR were found to be more demanding compared to older Class Rules, since the vessel’s structure does not comply with various criteria. Finally, the FEM analysis revealed that the structural components in the Midhold display sufficient yielding capacity in the examined study case.	en
heal.advisorName	Σαμουηλίδης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Ζαραφωνίτης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	234 σ.
heal.fullTextAvailability	false