Numerical analysis of slamming effects due to wave-in-deck events on offshore fish cage

Abstract

I denne oppgåva er det utført ein numerisk analyse av offshore akvakulturkonseptet GM Aqua Design, utvikla av Global Maritime. Målet med analysen er å evaluere effekten av støtverknader og dynamiske effektar når strukturen blir utsett for bølgje-i-dekk-hendingar. Studien bidreg til å forstå åtferda og responsen til fiskeoppdrettsanlegget ved kortvarige bølgjeslag. Da litteraturen om studier av slike hendingar og regelverk spesifikt utvikla for desse akvakulturkonsepta er begrensa, er det eit klart behov for studiar for å fastslå den forventa responsen til slike strukturar.

Den gjennomførte analysen inkluderer ein eigenverdi-analyse, responsanalyse ved bruk av ei realistisk bølgje og sensitivitetstudium av nøkkelparametrar ved hjelp av ei ikkje-lineær eksplisitt analyseprosedyre i Abaqus for å estimere forskyvningar og spenningar i strukturen. Ettersom fiskeoppdrettsanlegg blir flytta lenger offshore, blir dei eksponert for tøffare vêr og dei bølgjeinduserte lastane endrar seg, både i styrke og varigheit. Difor er det avgjerande å sikre tilstrekkeleg strukturell integritet for å hindre rømming av fisk og for å verne personellet som er stasjonert ved fiskeoppdrettsanlegget.

Funna i studien viser at GM Aqua Design oppfører seg som forventa basert på kunnskap frå offshorenæringa, kor dei dynamiske effektane viser seg å vere svært viktige. Overraskande nok viser responsen lite sensitivitet for randvilkåra på eit lokalt nivå, men responsen er forventa å endre seg drastisk om ein inkluderer dei globale dynamiske effektane. Analysane viste også at bruforskyvningane blir betydeleg påverka av stigetida til lasta, kor dei dynamiske effektane blir essensielle om ein nærmar seg eigenfrekvensen til brudekket.

Framtidig forsking bør ta sikte på å undersøke den dynamiske åtferda til ein global modell av brudekket for å validere dei oppnådde resultata og vidare utforske fordelinga av trykk relatert til bølgjeslag. Desse studiane vil rettleie vidare arbeid for å betre tryggleiken og effektiviteten i designet av eksponerte akvakulturanlegg.

The current project thesis performs a numerical analysis of the offshore aquaculture concept GM Aqua Design by Global Maritime. The analysis aims to evaluate the effect of wave impact loads and dynamic effects when the structure is exposed to wave-in-deck events. This study holds significance for Global Maritime as it aids in understanding the behaviour and response of the fish farm when exposed to transient wave-in-deck slamming events. Given the limited existing literature on such events and the absence of regulations specific to this aquaculture concept, there is a clear need for studies to ascertain the expected response of such structures.

The conducted analysis includes an eigenvalue analysis, response analysis using a realistic wave, and sensitivity studies of key parameters employing a nonlinear explicit analysis procedure in Abaqus to estimate displacements and stresses in the structure. With fish farms moving further offshore, the nature of wave-induced loads is undergoing significant changes, leading to exposure to harsher weather and different types of loads. Therefore, ensuring safe and sufficient structural integrity is crucial to prevent fish from escaping and to safeguard the personnel stationed at the fish farm.

The study findings demonstrate that the GM Aqua Design behaves as expected based on knowledge from the offshore energy industry, with dynamic effects proving to be of great importance. Surprisingly, these effects exhibit less sensitivity to the boundary conditions on a local level; however, the structure shows significant sensitivity to the rise time, with the dynamic effects playing a crucial role in the bridge deck's responses.

Future research should aim to investigate the dynamic behaviour of a global model of the bridge deck to validate the obtained results and further explore the distribution of pressures related to wave impact. These efforts will guide subsequent endeavours to enhance the safety and efficient design of exposed aquaculture plants.