Analysis of the Havfarm concept for extreme environmental loads

Abstract

Motivert av ønsket om å flytte til mer utsatte farvann for å fortsette veksten, har havbruksnæringen utviklet innovative design de siste par årene. Drevet av økt etterspørsel etter mat og støttet av norske myndigheter og tredjepartsaktører gjennom utviklingslisenser og oppdateringer av deres regelverk og praksis. En slik innovativ struktur er Nordlaks' Havfarm 1, undersøkt i denne masteroppgaven.

Den torsjonelle egenmodusen til strukturen er et tilbakevendende tema og undersøkes grundig med forskjellige metoder. En forenklet modell laget under tidligere skriftlige masteroppgaver har blitt modifisert og brukt til dette formålet. Innledende beregninger og enkle simuleringer bekrefter tidligere estimater av RBMer og finner videre at torsjons- og bøyningsegenperioden er henholdsvis 4 og 1,5 sekunder.

Transferfunksjoner som beskriver skrogtorsjon og bøyning er etablert, og bekrefter videre egenperiodene funnet, noe som støtter opp under bruken av lineære metoder.

Et estimat basert på en industriutviklet konturlinje kombinert med stokastiske simuleringer ble brukt for å bekrefte anvendeligheten av konturlinjemetoden, noe som her resulterte i en relativ rulling på 1,84874 * 10 ^ {- 2} [rad] , akter til baug.

Beregningsbehovet skyter i været når den forenklede modellen inkluderer fiskenettet. Dermed ble et lite utvalg av simuleringer grunnlaget for en noe forskjøvet tranferfunksjon for torsjon. Den har lavere responsamplituder på grunn av økt demping og en lavere periode for resonanstoppen på grunn av økt stivhet fra nettimplementeringen.

Flere designbølgemetoder ble evaluert, med ganske varierende resultater. Basert på egenperioden kombinert med bølgebratthetsgrensen, resulterte den forenklede designbølgen i en relativ rulling på 2,106 * 10 ^ {- 2} [rad], akter til bue. Et resultat som samsvarer med resultatet fra stokastiske simuleringer under konturlinjemetoden.

Motivated by the desire to move to more exposed waters to retain their growth, the aquaculture industry has developed innovative designs in the last couple of years. Fueled by an increase in food demand and backed by the Norwegian government and third-party actors through development licenses and updates on their regulations and practices. One such innovative structure is Nordlaks' Havfarm 1, examined in this master thesis.

The torsional eigenmode of the structure is a reoccurring theme and is examined thoroughly by different methods. A simplified model created during earlier written master theses' has been modified and utilized for this purpose. Initial calculations and simple simulations confirm earlier estimations of RBMs and further find the torsional and bending eigenperiod to be 4 and 1.5 seconds respectively.

Transfer functions describing hull torsion and bending are established, confirming the eigenperiods found, a finding supporting the usage of linear methods.

An estimation based on an industry-developed contour line combined with stochastic simulations was used to confirm the applicability of the contour line method, here resulting in a 1.84874*10^{-2}[rad] relative roll, aft to bow.

The computational demand skyrockets when the simplified model includes the fish net. Thus a small sample of simulations became the basis for a slightly shifted transfer function. Having lower response amplitudes due to increased damping and a lower period for its resonance peak due to increased stiffness from the net implementation.

Multiple design wave methods were evaluated, with quite a variety of results. Based on the eigenperiod combined with wave steepness limit, the simplified design wave resulted in a 2.106*10^{-2}[rad] relative roll, aft to bow. A result that conforms with the result from stochastic simulations during the contour line method.