Software Development for Dynamic Behavior Assessment of
the Propulsion System with Parametric Design

Οικονόμου, Ζαχαρίας-Παναγιώτης; Oikonomou, Zacharias-Panagiotis

dc.contributor.author	Οικονόμου, Ζαχαρίας-Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Oikonomou, Zacharias-Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2024-05-21T10:40:02Z
dc.date.available	2024-05-21T10:40:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59426
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27122
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Dynamic FEA	en
dc.subject	Shafting System	el
dc.subject	Numerical Integration	el
dc.subject	Software Development	el
dc.subject	Marine Propulsion System	el
dc.title	Software Development for Dynamic Behavior Assessment of the Propulsion System with Parametric Design	en
dc.title	Ανάπτυξη λογισμικού για την Αξιολόγηση Δυναμικής Συμπεριφοράς του Αξονικού Συστήματος Πλοίου με Παραμετρική Σχεδίαση	el
heal.secondaryTitle	Ανάπτυξη λογισμικού για την Αξιολόγηση Δυναμικής Συμπεριφοράς του Αξονικού Συστήματος Πλοίου με Παραμετρική Σχεδίαση	el
heal.classification	Finite Elements Analysis	en
heal.classification	Software Development	en
heal.classification	Structure Dynamics	en
heal.classification	Structural Analysis	el
heal.classification	Naval Engineering	el
heal.classification	Shaft Alignment	en
heal.classification	Parallel Computing	el
heal.classification	Numerical Analysis	el
heal.classification	High Performance Computing	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-11-28
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στην ανάπτυξη λογισμικού παραμετρικής προσομοίωσης για την ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς σύνθετων αξονικών συστημάτων πρόωσης. Αξιοποιώντας τη θεωρία της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, αναπτύχθηκε ένα επεκτάσιμο πλαίσιο για την ολοκληρωμένη προσομοίωση των αξονικών συστημάτων, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θεμελιώδες στοιχείο για πιθανές εφαρμογές Ψηφιακού Διδύμου (Digital Twin) του συνόλου των στοιψείων που συνθέτουν ένα σύστημα πρόωσης ενός πλοίου. Το κίνητρο για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας πηγάζει από την σύγχρονη απαίτηση της ναυτιλιακής βιομηχανίας, για ακριϐή κατανόηση ολόκληρου του πλοίου, καθώς και των επιδόσεων και των αλληλεπιδράσεων των διαφόρων υποσυστημάτων του. Το αξονικό σύστημα του πλοίου, ένα περίπλοκο και ενδιαφέρον υποσύστημα, προσομοιώνεται παραδοσιακά με τη χρήση απλοποιημένων μοντέλων, όπως η αναπαράσταση με σημειακές περιστρεφόμενες μάζες και στρεπτικά ελατήρια. Η διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού ακολούθησε μια προσέγγιση σταδιακής εξέλιξης, ώστε να εξασφαλιστεί η ακρίβεια και επαναληψιμότητα των προσομοιώσεων. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στα στοιχεία παραλληλισμού για υψηλή απόδοση (High-Performance Computing Elements, HPC) για να καταστεί δυνατός ο παραλληλοσμός του φόρτου εργασίας και η μεγιστοποίηση της παραμετρικής ευελιξίας. Το λογισμικό που αναπτύχθηκε υποστηρίζει πλήρως τον παραλληλισμό, είναι ικανό να μοντελοποιεί διάφορα συστήματα άξονων, να ενσωματώνει τη ροπή του κυλίνδρου ως συνάρτηση της γωνίας του στρόφαλου και να παρέχει ακριϐείς υπολογισμούς των τάσεων και μετατοπίσεων του συστήματος. Η επικύρωση του μοντέλου περιλαμβάνει δοκιμές με απλές περιπτώσεις αξόνων, καθώς και σύγκριση με τα αποτελέσματα ενός πραγματικού συστήματος άξονα πλοίου, εστιάζοντας ιδιαίτερα στον υπολογισμό ιδιοσυχνοτήτων και ιδιομορφών σε καμπτικές ταλαντώσεις. Η παρούσα διπλωματική εργασία φιλοδοξεί να χρησιμεύσει ως θεμελιώδης πλατφόρμα, διευκολύνοντας την απρόσκοπτη ενσωμάτωση πρόσθετων στοιχείων του συστήματος πρόωσης, καθώς και προσομοιώσεις πολυφυσικής (multiphysics simulations). Οι μελλοντικές επεκτάσεις μπορεί να περιλαμβάνουν την ενσωμάτωση της πλήρους εξίσωσης Reynolds για ανάλυση των ακτινικών εδράνων ολίσθησης την ενσωμάτωση ενός μοντέλου καύσης για τον ακριϐή υπολογισμό της ροπής των κυλίνδρων καθώς και την προσομοίωση εναλλακτικών σχεδιάσεων συστημάτων πρόωσης πλοίων.	el
heal.abstract	The present Diploma Thesis aims to develop a parametric simulation software for analyzing the dynamic behavior of complex shafting systems. Leveraging Finite Element Analysis theory, an extensible framework is established to simulate shafting systems comprehensively, serving as a foundational component for potential Digital Twin implementations of entire propulsion systems. The motivation stems from the ongoing revolution in the shipping industry, necessitating a precise understanding of the entire ship as well as the performance and interactions of her subsystems. The shafting system, a complex and intriguing subsystem, is traditionally simulated using simplistic models, such as representing rotational dynamics with rotating masses and torsional springs. The software development process followed a iterative refinement approach to ensure early operational accuracy. Special attention was given to High-Performance Computing Elements (HPC) to enable workload parallelization and maximize parametric flexibility. The resulting software is fully parallelized, capable of accommodating various shafting systems, incorporating cylinder torque as a function of crank angle, and providing accurate output for stress and displacement analysis. Model validation has included testing with simple cases and comparison to results of a real-world shafting system, particularly focusing on eigenmodes for lateral vibrations. This diploma thesis serves as a foundational platform, facilitating the seamless integration of additional elements of the propulsion system, as well as multiphysics simulations. Future extensions may include incorporating the full Reynolds equation for bearing analysis, integrating a combustion model for cylinder torque, and exploring alternative propulsion system simulations.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Ανυφαντής, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	163 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false