Aaltokuormituksen analysointi SPH-menetelmän avulla
Niemi, Pasi (2016)
2016
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-12-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201611244765
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201611244765
Tiivistelmä
Simuloinnin avulla voidaan tutkia aaltokuormituksen vaikutuksia turvallisesti ja kustannustehokkaasti. Aaltokuormituksen simulointiin on erilaisia menetelmiä, joista yksi on SPH (smooth particle hydrodynamics). Tässä työssä perehdytään SPH-menetelmän arvioimiseen suunnitteluprosessin työkaluna, kun tutkittavana kohteena on aallosta syntyvät paineet laivan pohjaan. Tavoitteena on luoda realistisia painejakaumia laivan pohjaan eri tilanteissa, kun laiva etenee aallokossa.
Teoriaosuudessa perehdytään SPH-menetelmän perusideaan ja muotoillaan virtausyhtälöt sen mukaisesti. Käydään läpi aallon muodostumiseen vaikuttavat tekijät ja esitellään yleisimmät aaltolajit ja -teoriat. Perehdytään jäykän laivan dynamiikkaan ja kuormitustapauksiin aallokossa.
Simulaatiossa luodaan SPH-partikkeleita täynnä oleva koeallas, joiden ominaisuudet vastaavat vettä. Altaan toisessa päässä on levy luomassa aallokkoa, johon mallilaiva etenee vakionopeudella. Simulaation aikana tarkastellaan kontaktipaineita, jotka syntyvät SPH-partikkeleiden ja mallilaivan kontaktista. Kyseiset kontaktipaineet vaihtelevat aaltokuormituksen eri vaiheissa. Kontaktipaineet ovat suurimmillaan silloin, kun mallilaiva kohtaa aaltojen välisen uuman.
Simuloinnin tuloksista voidaan päätellä menetelmän toimivan, kun halutaan saada hyvä arvio aaltojen paineista laivan pohjassa. Lopulliseksi työkaluksi menetelmä tarvitsee kehitystä monella osa-alueella, josta yksi on SPH-partikkelien tihentäminen suhteessa kohteeseen. Näin saadaan tarkemmin jakautunut painejakauma laivan pohjaan.
Teoriaosuudessa perehdytään SPH-menetelmän perusideaan ja muotoillaan virtausyhtälöt sen mukaisesti. Käydään läpi aallon muodostumiseen vaikuttavat tekijät ja esitellään yleisimmät aaltolajit ja -teoriat. Perehdytään jäykän laivan dynamiikkaan ja kuormitustapauksiin aallokossa.
Simulaatiossa luodaan SPH-partikkeleita täynnä oleva koeallas, joiden ominaisuudet vastaavat vettä. Altaan toisessa päässä on levy luomassa aallokkoa, johon mallilaiva etenee vakionopeudella. Simulaation aikana tarkastellaan kontaktipaineita, jotka syntyvät SPH-partikkeleiden ja mallilaivan kontaktista. Kyseiset kontaktipaineet vaihtelevat aaltokuormituksen eri vaiheissa. Kontaktipaineet ovat suurimmillaan silloin, kun mallilaiva kohtaa aaltojen välisen uuman.
Simuloinnin tuloksista voidaan päätellä menetelmän toimivan, kun halutaan saada hyvä arvio aaltojen paineista laivan pohjassa. Lopulliseksi työkaluksi menetelmä tarvitsee kehitystä monella osa-alueella, josta yksi on SPH-partikkelien tihentäminen suhteessa kohteeseen. Näin saadaan tarkemmin jakautunut painejakauma laivan pohjaan.