Analysis of Full Scale Structural Vibration on S.A. Agulhas II

Abstract

Et skip er utsatt for eksterne og interne krefter som eksiterer skipet med en variasjon av kraft mengde og frekvens. Den oscillerende kraften tilfører vibrasjoner gjennom strukturen som kan lede til tretthetsfeil gjennom spekkpropagasjon og på den måten redusere den operative levetiden til fartøyet. Å begrense vibrasjonsnivåer starter med design og skipsbyggingssektoren er i konstant søking etter forbedrede metoder for å forutsi vibrasjonsgrad. Ettersom design av skip blir mer kompleks, gjelder tilsvarende for kartlegging og overvåking av vibrasjoner. Internasjonale standarder har blitt utviklet, innpasset i protokoller fra klassifikasjonsselskap som utsteder klassenotasjon. Nye metoder for skrogbasert tilstand monitoring gjør det mulig for skipseiere å bedre beskytte sine verdier og mulig for skipskapteiner å fatte beslutninger basert på situasjonsrealiteter . Fullskala målinger ble underkastet frekvens- og tidsdomeneanalyse. Overføringen av målinger ble presentert via nødvendig maskinvare og programvare. Analysen ble utført med det mål å oppnå forbedret forståelse av strukturelle responser fra indre eksiterende krefter og eksiterende krefer fra omgivelsene. Forbindelsen mellom akselerasjonsgrad, bølgetilstand, skipets fart og relativ kurs mot bølger ble undersøkt basert på toppverdiene. For å kunne forstå hvordan slamminghendelser påvirket strukturen, ble det utviklet en algoritme for å oppdage slammingshendelser og det ble gjennomført casestudier. Deretter ble det uført en sammenligning av resultat og tidligere studier av fartøyet. Forskjeller i eksitering mellom navigering i åpent farvann og is ble klarlagt ved at det ble observert hvordan navigering is eksiterte høyre vibreringsmodus. Akselerasjonsnivå mellom seksjoner var i visse tilfeller mistolket uten spesifikke mønster.

A ship is exposed to external and internal forces, exciting the ship with a variety in force magnitude and frequency. The oscillatory forces inflict vibrations trough the structure which can lead to fatigue and reduce the operational life of the vessel. As ship design is becoming more complex so does the task of mapping and monitoring the vibrations. Hull condition monitoring allows ship owners to better protect their assets and ship masters to make decisions based on the reality of situations. Methods for controlling and reporting vibrations has been developed by International standards. The standards are applied by classification societies in their guidelines and in issuing class notation.

Full scale measurements were subjected to frequency and time domain analysis. The analysis was performed on the basis of improving our understanding of structural response from environmental and internal excitation sources. The relationship between acceleration levels, wave state, ship velocity and relative heading towards waves was examined. The largest acceleration levels was experienced in the bow, followed by the aft-body. A clear correlation was observed between acceleration amplitude and vessel velocity. Further on the largest mitigating for bow slamming was seen to be relative heading, although certain heading changes could increase stern slamming in stationary conditions.

To understand how slamming events affected the structure, an algorithm for detecting slamming events was developed and applied for a variety of study cases. A comparison between results and previous studies on the vessel was made. Results showed that the structure was excited by higher vibration modes. Differences in structural excitation between open water navigation and ice navigation was made clear, observing that ice navigation excited higher vibration modes with a larger degree.