Moderne Schiffsentwürfe stützen sich
zunehmend auf anspruchsvolle Simulationen.
Traditionell sind Schiffsentwürfe
stark erfahrungsbasiert. Das ist zum
Teil immer noch so, doch zunehmend wird
auf »virtuelle Erfahrung« gesetzt, die aus gezielt
eingesetzten Simulationen stammt.Anwendungsbreite
und Anspruch dieser Simulationen,
auf die sich Entscheidungen im
Entwurf und Einsatz von Schiffen stützen,
haben sich in den letzten zehn Jahren dynamisch
entwickelt.
Finite-Element Analyse (FEA)
FEA für globale Festigkeitsanalysen unter
der Annahme einer linear-elastischen Materialverformung
sind seit vielen Jahren
Standard. Diese linear-elastischen Analysen
sind heute Ausgangspunkt für anspruchsvollere
Analysen, zum Beispiel Analysen zur
Betriebsfestigkeit oder Grenztragfähigkeit.
Bis 1998 betrafen die SOLAS (International
Convention for the Safety of Life at Sea)
– Vorschriften zur Leckstabilität nur Frachtschiffe
über 100 m Länge. Danach wurde der
Grenzwert auf 80 m Länge für Neubauten
gesenkt. Zusätzliche Schotte zur Erfüllung
der Leckstabilität sind teuer und behindern häufig den Umschlag.Die neuen
SOLAS-Vorschriften erlauben
hier für einige Schiffe alternative
Schottanordnung, vorausgesetzt,
dass ein zumindest
»gleichwertiger« Sicherheitsstandard
erzielt wird.Diese Formulierung
öffnet die Tür für alternative
Entwürfe, bei denen
die gleichwertige Sicherheit mit
Hilfe von Simulationen nachgewiesen
werden kann. Beispielsweise
kann eine Konstruktion
mit erhöhtem Kollisionswiderstand
die Wahrscheinlichkeit
für ein Leck der inneren
Hülle ausreichend verringern,
um zusätzliche Schotte zu vermeiden.
Nach umfangreichen,
systematischen FEA-Simulationen
für Schiffskollisionen hat
der Germanische Lloyd eine erste derartige
Richtlinie für die Bewertung und Genehmigung
alternativer Ausführungen entwickelt
(Abb.2). Die Grundlage der Genehmigungsprozedur
ist der Vergleich der kritischen Verformungsenergie
im Falle einer seitlichen
Kollision zwischen einem Basisentwurf, der
die klassische SOLAS-Vorschrift erfüllt, und
einer speziell verstärkten Konstruktion.
Finite-Element Analysen erfordern die
Vorgabe von externen Lastkräften,bei Schiffen
zum Beispiel hydrostatische und hydrodynamische
Lasten.Die Software GL. Ship-
Load unterstützt eine effiziente Generierung
der entsprechenden Eingabedateien für
verschiedene Lastfälle bei globalen
Strukturanalysen. Dazu erforderliche
hydrostatische und hydrodynamische
Berechnungen sind im Programm integriert.
Durch rechnergestützte Auswahl
kritischer Lastfälle wird zudem der Gesamtrechenaufwand
zur sicheren Dimensionierung
der Konstruktion intelligent reduziert.