Ανάλυση μεταλλικής κατασκευής επιβατηγού σκάφους με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.

Νταουλάρης, Περικλής; Ntaoularis, Periklis

dc.contributor.author	Νταουλάρης, Περικλής	el
dc.contributor.author	Ntaoularis, Periklis	en
dc.date.accessioned	2023-01-11T07:40:54Z
dc.date.available	2023-01-11T07:40:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56583
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24281
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη”	el
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	Ψηφιακό Δίδυμο	el
dc.subject	Επιβατικό Πλοίο	el
dc.subject	Τρισδιάστατη Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Προσομοίωση Πεπερασμένων Στοιχείων Υψηλής Πιστότητας	el
dc.subject	Στατική Ανάλυση	el
dc.subject	Digital Twin	en
dc.subject	Passenger Ship	en
dc.subject	3D Modelling	en
dc.subject	High Fidelity Finite Element Simulation	el
dc.subject	Static Structural Analysis	en
dc.title	Ανάλυση μεταλλικής κατασκευής επιβατηγού σκάφους με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων.	el
dc.title	Strength analysis of an aluminum passenger ship with the finite element method.	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-10
heal.abstract	Αυξανόμενη παρατηρείται η ανάγκη προς την ανάπτυξη της ψηφιακής αναπαράστασης της γάστρας ενός σκάφους, που εξυπηρετεί τον σκοπό της κατασκευής ενός δομικού ψηφιακού διδύμου το οποίο θα συνοδεύει το πλοίο σε όλη τη διάρκεια ζωής του. Σήμερα δίνεται η επιλογή χρήσης πληθώρας λογισμικών που προσφέρουν αμιγώς σχεδίαση με χρήση υπολογιστή (CAD) ή αυτό ενσωματώνεται σε πλατφόρμα μηχανικής με χρήση υπολογιστή (CAE) που εκτελεί εξελιγμένες αριθμητικές προσομοιώσεις της συμπεριφοράς και απόκρισης των δομικών στοιχείων του πλοίου. Παρέχεται έτσι η δυνατότητα εύρεσης βελτιστοποιημένων λύσεων κόστους κατασκευής και απόδοσης, διασφαλίζοντας την αξιοπιστία και την ασφάλεια. Μία από τις αρετές που παρουσιάζει το δομικό ψηφιακό δίδυμο, είναι η ικανότητά του να παρέχει την κατάσταση καταπόνησης του σκάφους για ένα δεδομένο σύνολο φορτίσεων. Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων επιτρέπει πιο λεπτομερείς και ακριβείς κατανομές τάσεων σε σύνθετες κατασκευές όπως τα πλοία, έναντι των περιγραφικών κανονισμών των νηογνωμόνων για τις διαστασιολογικές απαιτήσεις που ενδέχεται να οδηγούν σε συντηρητικά αποτελέσματα. Η παρούσα εργασία αναδεικνύει τις προκλήσεις που συναντήθηκαν κατά την διαδικασία ανάπτυξης ενός τέτοιου απαιτητικού μοντέλου. Η εξεταζόμενη περίπτωση αφορά ένα αλουμινένιο επιβατηγό σκάφος με ολικό μήκος 16.5 m, πλάτος 5.352 m και βάθος 2.5 m. Η διαδικασία περιλαμβάνει τον αρχικό τρισδιάστατο σχεδιασμό της μεταλλικής κατασκευής στο CAD πρόγραμμα Rhinoceros. Τα ενισχυτικά επιλέχθηκε να μοντελοποιηθούν με στοιχεία δοκού και τα ελάσματα με στοιχεία κελύφους κι έτσι η γεωμετρία αποτελείται από γραμμές και περιοχές. Η περαιτέρω προ-επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό πακέτο Ansys Spaceclaim, όπου ορίστηκε το υλικό, το πάχος ελασμάτων και οι διατομές των ενισχυτικών και εφαρμόστηκαν στη γεωμετρία του μοντέλου. Ως υλικό επιλέχθηκε το αλουμίνιο 6082 Τ6 λόγω του μειωμένου βάρους που παρέχει στην κατασκευή, της υψηλής αντίστασης σε διάβρωση και της υψηλής αντοχής, που οδηγούν σε μείωση του κόστους λειτουργίας και την ευκολία σε διαμόρφωση, συγκόλληση και μηχανουργική κατεργασία άρα σε μείωση του κόστους κατασκευής. Η προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων υψηλής πιστότητας πραγματοποιήθηκε στο Ansys Mechanical, με την εφαρμογή συγκεκριμένων δράσεων (πιέσεων και φορτίων) και συνοριακών συνθηκών. Η στρατηγική μοντελοποίησης και οι σχετικές λεπτομέρειες, όπως η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και ειδικότερα ο ορισμός των κριτηρίων αποδοχής ως προς τα επιτρεπόμενα όρια τάσεων, προκύπτουν σύμφωνα με τα πρότυπα του νορβηγικού νηογνώμονα DNV (DNV 2021).	el
heal.abstract	Α large impulse is shown towards the development of a digital representation of the hull that will serve the purpose of constructing a structural digital twin and will eventually accompany the vessel through its lifetime. Nowadays, there does exist a variety of software that offer standalone computer aided design (CAD) or embedded within software that perform sophisticated numerical simulations of the behavior and response of the hull structure, termed as computer aided engineering (CAE). It is thus possible to achieve optimized solutions of construction cost and performance, ensuring reliability and safety. One of the virtues exhibited by the structural digital twin, is its ability to provide the hull’s stress state for a given set of actions. The finite element method provides more detailed and more accurate stress distributions over complex ship structures, compared to the prescriptive class rules used for scantling purposes, which may lead at rather conservative results. This work showcases the challenges encountered during the development of such a demanding model. The selected case study refers to an aluminum passenger vessel with particulars of 16.5 m length overall, 5.3 m breadth and 2.5 m depth. The process involves the initial 3D design of the metallic structure in the Rhinoceros CAD program. The stiffeners are decided to be modeled with beam elements and the platings with shell elements and as such the geometry consisted of lines and areas. Further pre-processing was performed in the ANSYS Spaceclaim module, where material, plate thickness and beam sections were applied to the geometry of the model. Regarding the material, aluminum 6082 T6 was selected, due to the reduced weight applied to the construction, the high corrosion resistance and strength resulting in reduced operational costs and ease of forming, welding and machining, implying reduced construction cost. The high-fidelity finite element simulation was carried out in ANSYS Mechanical, under the application of specific actions (pressure and local loads) and boundary conditions. The modeling strategy and related details, e.g. evaluation of the results and in particular the definition of the acceptance criteria with respect to the allowable stress limits, were derived in accordance with the guidelines of the Norwegian classification society DNV (DNV 2021).	en
heal.advisorName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γρηγορόπουλος, Γρηγόρης	el
heal.committeeMemberName	Σαμουηλιδης, Μανόλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false