Simulatie materiaalspanningen tijdens kettingsnijden • Metaal Magazine
Experts

Nederlandse maritieme experts worden wereldwijd geraadpleegd bij het bergen of vlottrekken van schepen. Met specialistische kennis en ervaring moeten zij complexe sterkteberekeningen maken en controleren over het krachtenverloop tijdens bergingsoperaties. Theo Haak deelt zijn praktijkervaring met het berekenen en simuleren van de materiaalspanningen tijdens het kettingsnijden.

Schepen in stukken snijden

Schematische weergave kettingsnijden.

Maritieme bergers snijden al decennialang schepen in stukken met een grote schakelketting, omdat het een bekende en makkelijk toepasbare methode is. Daarbij ontstaan echter trekkrachten van over de 250 mt en schokbelastingen van 400 mt en meer, die flinke schade kunnen veroorzaken aan de bokken en schepen die tijdens de bergingsoperatie worden gebruikt.

Eind jaren negentig heeft de Smit Tak Salvage Company, tegenwoordig onderdeel van Boskalis, een alternatieve efficiëntere snijmethode ontwikkeld. Deze nieuwe oplossing bestaat uit een snijkabel met een reciprocerende beweging, verbonden met twee lieren of twee hydraulische cilinders in een ‘master- en slave-configuratie’. Deze worden afzonderlijk geïnstalleerd op twee hefeilanden, aken of andere drijvende vaartuigen.

Haalbaarheidsstudie en ervaring

Theo Haak: “Betere snijmethode.”

Theo Haak van Haak Technical Consultancy Salvage is maritiem consultant geworden na een carrière van bijna 44 jaar bij Smit Salvage, waarvan zo’n 28 jaar als innovation development manager.

“Nadat bij ons het idee was ontstaan voor een betere snijmethode heeft ook TNO daar onderzoek naar verricht en is deze na een haalbaarheidsstudie voor het eerst toegepast bij het bergen van de Russische kernonderzeeër Koersk. De tragedie met dat schip heeft het onderzoek naar efficiëntere scheidingsmethoden versneld, omdat de boeg vóór het hijsen van de hoofdconstructie moest worden gescheiden.”

“Dit artikel geeft inzicht in het berekenen van de optredende spanningen in de kettingschakels tijdens de decennialang gebruikte kettingsnijtechniek, met behulp van Altair Simsolid.”

‘External Approximations’


3D-model kettingschakel.

Altair SimSolid is gebaseerd op wiskundige algoritmen voor uitbreidingen van de theorie van ‘external approximations’.

Deze EEA-rekenmethode controleert de nauwkeurigheid van een model met behulp van meervoudige adaptieve analyses, waardoor de software ongekend snel en efficiënt werkt. Met als voordeel dat grote en complexe structurele simulaties vele malen sneller zijn door te rekenen, zelfs op een laptop.

Belastingssituatie in SimSolid.

SimSolid ondersteunt lineair statische, modaal, niet-lineair statisch (geometrie en materiaal), thermisch, thermische stress en lineair dynamische analyses. Daarbij zijn 3D CAD-modellen van de meest gangbare ontwerpprogramma’s zonder conversie in te lezen, of via de neutrale Acis, Step, Parasolid, STL en andere formaten. Dankzij die importmogelijkheden hoeven simulatiemodellen niet meer vereenvoudigd te worden.

Berekening krachtenverloop 

Bij het in stukken snijden van schepen met een traditionele schakelketting is er een wiskundige relatie tussen de trek- en tegenhoudkrachten, gebaseerd op de rembandtheorie (F1 / e^mu.α = F2). Daarbij zijn alle schakels complexe statisch onbepaalde structuren, onderworpen aan een gelijktijdige combinatie van buiging, afschuiving, spanning en axiale belasting.

De sterkte van snijkettingen wordt vastgesteld door middel van breek- en drukproeven, waarbij een monster van de ketting onder trekspanning tot het breekpunt wordt belast. In een benodigde bewijstest wordt de snijketting tot op een bepaalde belasting belast, die nominaal is voor de hoogste belasting die de ketting zonder vervorming kan dragen. Deze proefbelasting bedraagt ongeveer tweederde van de breuksterkte (vuistregel).

Voorbeeldberekening

In dit voorbeeld is een 3-inch snijketting van kwaliteit R4, diameter 76 mm en oppervlakte van 4534,16 mm2 geanalyseerd bij een belasting van 250 mton. Deze kwaliteit ketting heeft de volgende specificaties:

  • Beproevingsbelasting 4731 kN = 482 mton
  • Rekgrens bij de proefbelasting = 580 N/mm2
  • Trekspanning bij de proefbelasting = 860 N/mm2

Een traditionele sterkteberekening leidt tot de volgende spanningen:

  • Spanning buitenboog → σt = 2 . 250 . 10^4  N / 4534,16 mm2 = 1102,74 N/mm2
  • Spanning hals → σc = 4,2 . 250 . 10^4 N / 4534,16 mm2 = 2315,75 N/mm2
  • Spanning cilinderoppervlakte → σc = 0,77 . 250 . 10^4 N / 4534,16 mm2 = 424,55 N/mm2
  • Spanning cilinderoppervlakte → σc = 1,8 . 250 . 10^4 N / 4534,16 mm2 = 992,46 N/mm2

Na het invoeren van de hoogste snijkracht van 250 mt op een contactgebied van 25 mm x 25 mm in de SimSolid-software, zijn de optredende spanningen vergelijkbaar met bovenstaande voorbeeldberekening.

Snellere besluitvorming

Bergingsbedrijven worden vaak door een verzekeringsmaatschappij ingeschakeld om een schip te bergen, of vlot te trekken. Zoals onlangs tijdens de blokkade van het Suez-kanaal duidelijk werd, is het daarbij belangrijk zo snel mogelijk de juiste beslissingen te kunnen nemen. “De verzekeringsmaatschappij huurt een maritiem consultant, zoals ik, in om de technische voorstellen en aanpak van de bergingsmaatschappij te controleren”, vervolgt Haak.

“Met behulp van Altair SimSolid kan ik de vereiste controleberekeningen zowel aanzienlijk sneller en eenvoudiger uitvoeren als beter inzichtelijk visualiseren dan met andere EEA-software. Dat levert voor alle betrokken partijen een snellere besluitvorming op voor het verstrekken van de bergingsopdracht, als belangrijkste businessvoordeel.”

Schakel van een snijketting.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven