ShipX

SINTEF tilbyr numeriske beregninger av skipets bevegelser som et alternativ til, eller i tillegg til modelltester. Veres (Vessel Response)-programmet tilbyr muligheten til å beregne skipets bevegelser og globale laster, inkludert beregning av korttidsstatistikk, langtidsstatistikk og operabilitet.  Programmet er integrert i den hydrodynamiske arbeidsbenken ShipX.

Studier av bølgeinduserte fartøyresponser er essensielt i utformingen av nye skip. For å optimalisere fartøyets operabilitet er det viktig å minimere skipets bevegelser. Hvis belastningene reduseres, kan stålets vekt reduseres. Videre er hydrodynamiske belastninger og bevegelser viktige med tanke på skipets og mannskapets sikkerhet. Veres er et verktøy som kan brukes i tidlig designfase til å definere og evaluere modelltester og til å oppnå supplerende resultater. Programmet beregner:

• Bevegelser i seks frihetsgrader
• Relative bevegelser
• Bevegelser på spesifiserte punkter
• Globale laster
• Korttidsstatistikker for de ovennevnte
• Langtidsstatistikker for de ovennevnte
• Grenser for operabilitet
• Prosentvis operabilitet

I denne sammenhengen inkluderer bevegelser forskyvninger, hastigheter og akselerasjoner.

Beregninger kan utføres for enskrogs- og flerskrogsbåter både ved lav og høy hastighet. Ved lave og moderate hastigheter anvendes den tradisjonelle stripeteorien, utviklet av Salvesen, Tuck & Faltinsen. Ved høyere hastigheter brukes høyhastighetsformuleringen utviklet av Faltinsen & Zhao.  

Rulledemping 

Programmet kan inkludere viskøs rulledemping fra skrogfriksjon og kimkjøl, samt effektene av rullestabiliserende tanker og aktive rullestabiliserende finner. 

Bevegelseskontroll

Programmet kan inkludere effekter fra passive fri-overflate rullestabiliserende tanker, samt aktive og passive U-rørtanker, rorkontroll og aktive og passive finner som rullestabiliserende finner og T-foiler. Programmet kan også inkludere effektene fra luftputer på overflateeffektskip. 

Korttidsstatistikk 

Korttidsstatistikk av dataene fra beregningene inkluderer

• Standardavvik
• Signifikante verdier
• Forventet maksimum i en sjøtid av gitt varighet (f.eks. 3 timer)
• Gjennomsnitt av de 1/n-te største verdiene
• Respons null-oppkryssingsperiode
• Plotting av responsspektra

Beregningene er basert på utvalgte standard bølgespektra samt målte bølgespektra, og kan utføres for lang- og korttoppet sjø. 

Langtidsstatistikk 

Langtidsstatistikk av dataene fra beregningene kan beregnes basert på et spesifisert scatterdiagram.

Langtidsstatistikken kan beregnes for hver bølgeretning separat, eller med en spesifisert sannsynlighet for hver bølgeretning. En hastighetskurve som angir fartøyets hastighet som funksjon av signifikant bølgehøyde kan også angis. 

Funksjonsdyktighet  

Beregningen av operabilitet er tilgjengelig i tre moduser:

1. Operabilitetsbegrensende grenser presentert som begrensende signifikante bølgehøyder som funksjon av bølgeperioden
2. Operabilitetsdiagram
3. Prosentvis operabilitet

Operabiliteten kan beregnes basert på følgende kriterier:

• Bevegelser i seks frihetsgrader
• Relative vertikalbevegelser
• Sannsynlighet for slamming
• Sannsynlighet for grønt vann på dekk
• Sannsynlighet for lufteksponering
• Vertikale akselerasjoner i henhold til ISO 2631 (bevegelsessyke)
• Bevegelsesinduserte avbrudd (MII)
• Forekomst av reisesyke (MSI)

Tidsdomeneberegninger

Muligheten til å utføre tidsdomeneberegninger er også tilgjengelig i Veres. I tidsdomeneberegningene kan de lineære hydrodynamiske koeffisientene til skipets skrog kombineres med ikke-lineære bølgeeksitasjonskrefter og opprettende krefter, samt ikke-lineære effekter fra bevegelseskontrollsystemer.

Veres 3D 

I motsetning til stripeteoriformuleringen som brukes i standard VERES, er VERES3D en lineær, tredimensjonal frekvensdomene radiasjons-/diffraksjonskode. VERES3D er utviklet for å analysere den hydrodynamiske interaksjonen mellom bølger og store volumstrukturer for null- og foroverfart. Storvolumstrukturer defineres som strukturer der diffraksjon er essensielt. Både konfigurasjoner med endelig vanndybde og dypt vann kan beregnes.

VERES3D er basert på potensialstrømsteori som anvender en panelmetode i løsningsprosedyren. Væsken antas å være ideel, og strømningstiden harmonisk. Tilstanden for fri overflate er lineariseret, så kun ledd proporsjonale med bølgeamplituden beholdes. Andreordens gjennomsnittlige bølgedriftkrefter er inkludert i analysen.

Strålings- og diffraksjonshastighetspotensialene på den gjennomsnittlige våte overflaten av legemet bestemmes ut fra løsningen av en integralligning hentet fra Greens teorem. Uten strøm brukes en Green-funksjon som tilfredsstiller den lineære frie overflatebetingelsen, og kun den gjennomsnittlige våte overflaten av legemet blir diskretisert i paneler. En numerisk formulering ved bruk av Green-funksjonen som tilfredsstiller fjernfeltbetingelsen for fri flate i det ytre domenet anvendes.

Denne formuleringen kalles ofte den direkte metoden siden potensialet oppnås direkte fra løsningen av integralligningen. Overflatehøyde, trykk og væskehastigheter i den omkringliggende væsken uten bølge-strøm-interaksjon oppnås ved å anvende en ekvivalent kildefordeling på den gjennomsnittlige våte overflaten av legemet. Denne kildefordelingen beregnes ved å bruke den beregnede potensialfordelingen på legemet.

VERES3D bruker en lavordens panelmetode hvor flate firkantpaneler definerer overflaten på legemet, og løsningen for hastighetspotensialet (og dermed også kildestyrken) antas konstant over hvert panel.

Programmet kan anvendes på enkeltlegemer i bølger med foroverfart. Legemene kan være plassert på den frie overflaten eller være helt nedsenket.

Viskøse krefter kan påføres i beregningen av bevegelsesrespons. På skipskonstruksjoner kan viskøs rulledemping spesifiseres. De viskøse kreftene inneholder kvadratiske ledd, som lineariseres ved ekvivalent linearisering. Bevegelsesresponsene oppnås deretter ved iterasjon.

Følgende størrelser kan evalueres i VERES3D:

1.  Hydrostatiske koeffisienter
2.  Tilleggsmasse og dempingskoeffisienter for alle bevegelsesmoduser
3.  Bølgeeksitasjonskrefter og -momenter fra direkte trykkintegrasjon fra diffraksjonspotensialet eller fra kontrollflateintegrasjon (med eller uten linjeintegral).
4.  Bevegelsesamplituder og faser for et fritt flytende legeme. Ytterligere masse-, dempings- og gjenopprettende krefter kan spesifiseres for å ta hensyn til krefter som hindrer legemet i å bevege seg i enkelte moduser. Disse ekstramatrisene kan også brukes til å justere de naturlige periodene mot modelltester eller fullskala resultater. Viskøse krefter kan også spesifiseres.
5.  Horisontale gjennomsnittlige driftkrefter og giremoment.

De horisontale driftkreftene og giremomentene oppnås enten ved direkte trykkintegrasjon eller kontrollflateintegrasjon basert på momentbevaring. I metoden for integrasjon av kontrollflater må en vertikal kontrollflate plasseres rundt kroppen. Fjernfeltmetoden kan også anvendes ved beregning av nullhastighet.