Resultater av fullskala verifikasjon av globale laster ved måling av kontrollert endring av stillevannsmoment

Abstract

Minesveiperen KNM Otra i Oksøy/Alta-klassen er utstyrt med et skrogovervåkningssystem. Systemet måler bl.a. globale skrogbelastninger og viser disse på skjermer på bro og i maskinkontrollrom. Hensikten med systemet er at mannskapet skal kunne operere fartøyet i forhold til et seilingsreglement som beskriver tillatte belastningsnivåer. For å beregne de globale lastene beregnes det en transferfunksjon basert på målte tøyningsverdier fra et sett av strekksensorer montert midtskips og elementmetodeberegninger fra en global skrogmodell. Den viktigste enkeltlasten er globalt vertikalt bøyemoment (VBM). Tidligere elementmetodeberegninger viser at lokale skrogskader er knyttet til gitte belastningsnivåer og skrogovervåkningssystemet gir en alarm dersom det er fare for at målt VBM overstiger den teoretiske skadeterskelen. For at skrogovervåkningssystemet skal kunne brukes på denne måten er det viktig at metoden for å beregne belastningen er verifisert, og riktig kalibrert. Hensikten med den gjennomførte testen var å verifisere transferfunksjonen, og eventuelt gi et grunnlag for å kalibrer denne. Det er utført ballasteringstester på KNM Otra med det til hensikt å sammenligne målt VBM fra skrogovervåkningssystemet mot et analytisk beregnet moment, basert på dypgangsavlesninger, skrogstatikk og influenslinjeteori. Ved å holde trim og deplasement konstant fra en lastkondisjon til en annen er det kun omfordeling av ballast (14666kg) som gir opphav til endring i vertikalt midtskipsmoment. En sammenligning mellom målt og beregnet VBM viser i utgangspunktet at beregningene gir en momentverdi ca. 30% over den målte verdien. En nærmere analyse av enkeltdata fra testen, samt beregningsmetodene som ligger til grunn for den analytiske momentverdien, viser at ca. 20% av avviket kan skyldes følgende faktorer: • For lette ballastsekker relativt til signifikant respons fra skroget. • Nullpunktsdrift i signalene pga soloppvarming. (Da man kun er interessert i dynamiske verdier under seiling, vil nullpunktsdrift bli filtrert bort av systemet under normal drift). • Nøyaktigheten til plasseringen av dypgangsmerkene på skroget og avlesningsfeil pga krusninger. Testen krever nøyaktige avlesninger på millimeternivå. • Mangler i hydrostatikkmodellen til FLO. (Inkl. ikke effekten av gondolen) • Influenslinjeteorien inkl. ikke effekten av rotasjon av vannlinjeareal i tankene og forskyvning av flotasjonssenteret. Ballasteringstesten som ble utført indikerer at den målte VBM verdien er ca. 10% lavere enn den teoretiske verdien. Det bør derfor vurderes om inputverdiene til skrogovervåkningssystemet bør økes tilsvarende eller om man skal legge inn en ekstra sikkerhetsmargin ved bestemmelse av alarmgrenser.

A prototype of a hull monitoring system is installed on the MCMV RNoN Otra, a vessel in the Oksøy/Alta-class. The system measures the global loads applied to the hull beam and the results are displayed at the ship bridge and in the machine control room. The main purpose with the system is to help the crew operating the vessel in accordance with the sailing regulation and the given allowable loading limits. The global loads are calculated from a transfer function using input from a network of strain sensors attached to the hull and extensive FE analyses performed on a global FE model. The most important load component is the vertical hull girder bending moment (VBM). Previous element analyses have shown that initiations of local structural damages are related to certain load levels, and the hull monitoring system gives a warning when the VBM exceeds the theoretical damage threshold. In order to use the hull monitoring system as intended it is important that the load calculations performed by the hull monitoring system are verified, and if necessary, correctly calibrated. Thus, the main objective with the full scale test was to try to verify the transfer function, and if possible provide background information to be able to calibrate the transfer function. Ballast testing has been done with the RNoN Otra, where the objective was to compare the VBM measured by the hull monitoring system with an analytical VBM based on reading of the draught marks, hydrostatics, and the influence line method. If the trim and displacement are kept constant it is only the redistribution in ballast (14666kg) from one condition to another that results in a modified VBM. A comparison between the measured and the analytical VBM showed that the calculated value exceeds the measured VBM by approx. 30%. A close examination of the measured data from the test and the analytical calculation methods showed that approx. 20% of the error was caused by: • To light weighted ballast bags in comparison to a significant response from the craft. • Zero level drift due to solar heating. (During operation it is only the dynamic values which are of interest. The zero drift will be removed by a high-pass filter). • Divergence in the localization of draught marks and ripples in water surface. The ballast test requires accuracy in millimeter scale. • Incomplete hydrostatic model. (The influence of the gondola is not included in the model). • The influence line method does not include the effect of free surface rotation in the tanks and changes to the centre of floatation. The ballast testing indicates that the measured VBM value is approx. 10% lower then the analytical value. Thus, one should consider increasing the input in the hull monitoring values by 10%, or add an extra 10% safety margin to the alarm limits.