Effective Stiffness of the Engine Room Structure in Large Container Ships

摘要

Veliki kontejnerski brodovi podložni su uvijanju zbog relativno male torzijske krutosti kao posljedica velikih palubnih otvora. Stoga je provođenje hidroelastične analize nužno kao osnova za racionalno i pouzdano projektiranje konstrukcije. U ranoj fazi osnivanja preferira se sprezanje grednog strukturnog modela s 3D hidrodinamičkim modelom. Proračun se provodi metodom superpozicije prirodnih oblika vibriranja te proračun prirodnih vibracija u zraku treba biti pouzdan. Stoga je usavršena teorija tankostijenih nosača primijenjena za proračun fleksijske i torzijske krutosti, koja uzima u obzir i utjecaj smika na uvijanje. Jedna od značajki velikih kontejnerskih brodova je relativno kratka strojarnica, tako da se njena zatvorena konstrukcija ponaša kao otvorena konstrukcija teretnog skladišta povećane torzijske krutosti uslijed utjecaja paluba. U članku se razmatra određivanje efektivnih parametara krutosti koristeći energetski pristup. Također, procjenjuje se distorzija poprečnih pregrada strojarnice uslijed uvijanja i vitoperenja poprečnog presjeka. Postupak je provjeren 3D MKE analizom pontona sličnog brodskoj konstrukciji. Ovako modificirani model konstrukcije strojarnice može se jednostavno uključiti u opći gredni model brodskog trupa za potrebe hidroelastične analize, za koju je potrebno odrediti nekoliko prvih prirodnih frekvencija i oblika vibriranja. Jednostavnost grednog modela daje određenu prednost u preliminarnom projektiranju brodske konstrukcije pred upotrebom 3D MKE modela.%Very large container ships are rather flexible due to the large deck openings. Therefore, hy-droelastic stress analysis is required as a basis for a reliable structural design. In the early design stage, the coupling of the beam model with a 3D hydrodynamic model is rational and preferable. The calculation is performed using the modal superposition method, so natural hull modes have to be determined in a reliable way. Therefore, the advanced thin-walled girder theory, which takes the influence of shear on both bending and torsion into account, is applied for calculating the hull flexural and torsional stiffness properties. A characteristic of very large container ships is the quite short engine room, whose closed structure behaves as an open hold structure with increased torsional stiffness due to the deck effect. The paper deals with the calculation of its effective torsional stiffness parameters by utilizing the energy balance approach. Also, estimation of distortion of transverse bulkheads, as a result of torsion and warping, is given. The procedure is checked by the 3D FEM analysis of a ship-like pontoon. Such a modified beam model of the engine room structure can be included in the general beam model of a ship hull for the need of hydroelastic analysis, where only a few first natural frequencies and mode shapes are required. For practical use in the preliminary design stage of ship structures, the simplicity of the beam model presents an advantage over 3D FEM models.