Väitös konetekniikan alalta, DI Federica Mancini

Enhancing the structural stress assessment of distorted lightweight ship deck structures 

Risteilyalusten teknologinen kehitys on johtanut alusten koon ja monimutkaisuuden jatkuvaan kasvuun. Samanaikaisesti alusten materiaali- ja energiatehokkuusvaatimukset ovat tiukentuneet. Käyttämällä kevytrakenteita voidaan vaikuttaa toisaalta käytettävän materiaalin määrään, ja toisaalta parantaa alusten energiatehokkuutta pienentämällä laivan omapainoa ja suurentamalla hyötykuorman määrää. Kevyiden rakenteiden suunnittelu ja valmistaminen on kuitenkin käytännössä kriittistä. Useista painonsäästöstrategioista laivan ylärakenteiden levyjen paksuuden vähentäminen on teknisesti toteutettava ja taloudellisesti kannattava vaihtoehto.

Ohuet kansilevyt, osana risteilyaluksen monimutkaista ja arkkitehtonista geometriaa, ovat alttiita hitsauksesta aiheutuville muodonmuutoksille. Muodonmuutokset aiheuttavat jännityskeskittymiä ja siten heikentävät kansirakenteen ja edelleen koko risteilyaluksen väsymislujuutta. Monimutkaisten muodonmuutosten vaikutusta ei ole täysin otettu huomioon nykyisissä laivasuunnittelusäännöissä. Tämän takia joudutaan suunnittelussa käyttämään suoramitoitusmenetelmiä. Näiden analyysien suorittamiseen tarvitaan hitsattujen levyjen tarkkaa geometrian mittausta ja mallinnusta, mikä johtaa suureen datavarastointitarpeeseen ja laskennalliseen kuormaan risteilyaluksen kokoisessa suuressa rakennejärjestelmässä.

Tässä väitöskirjassa on kehitetty laskennallisesti tehokkaita rakenteellisen jännityksen arviointimenetelmiä hitsausmuodonmuutoksien huomioimiseksi laivasuunnittelun eri vaiheissa hyödyntäen erittäin ohuita kansilevyjä telakkatuotannosta. Muodonmuutoksen vaikutusta tutkitaan vetojännityksessä, joka simuloi risteilylaivapalkin taivutuksen vaikutusta ylärakenteiden kansirakenteisiin. Kokeellisesti validoitu paneelien 3D elementtianalyysi on tutkimuksessa vertailumallina, jonka pohjalta suoritetaan mittakaavan pienennys 3D:stä 2D- ja 1D-numeerisiin ja analyyttisiin malleihin sekä muodonmuutosten kannalta tallennustilan osalta edulliseen parametrisointiin. Elastisella alueella oletetaan von Kármánin kinematiikka olettaen pienet siirtymät ja kohtuulliset kiertymät. Työssä osoitetaan mallinnuksen yksinkertaistuksella saavutettavia laskennallisia säästöjä rakenteellisen jännityksen arvioinnissa.

Tohtoriopiskelija: Federica Mancini

Vastaväittäjä: Prof. Grzegorz Glinka, University of Waterloo, Canada

Kustos: Prof. Heikki Remes, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään Luentosalissa 216, Otakaari 4

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Tohtoriopiskelijan yhteystiedot:

Tekniikan korkeakoulujen väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/49