constructief scheepsontwerp door asc

De onderwerpen van deze pagina zijn afgeleid van het dictaat “Fundamentele kennis van het constructief ontwerp”, door Dipl. ing. K. Asmus.
In het dictaat wordt dieper ingegaan op deze onderwerpen. Dit dictaat is niet meer via de boekenwinkel van de hogeschool INHOLLAND verkrijgbaar. Neem bij interesse contact op met ASC. Bij voldoende belangstelling kunnen deze onderwepen worden geupdate en - geschikt gemaakt voor zelfstudie - opnieuw worden uitgegeven.

Een deel van deze onderwerpen komt in het cursusboek
“Verdiepingsstudie scheepsengineering” aan de orde.
Neem hiervoor contact op met BLESMA BV.

De bijzondere aanpak door ASC van lichte constructies van voldoende sterkte vallen buiten het kader van voornoemde literatuur.

Gewichtsbesparingen op de scheepsconstructie
Constructieprincipes en verstijverafstanden hebben een significante invloed op het scheepsgewicht, maar er zijn geen simpele principiële uitspraken mogelijk over de relatie tussen constructiegegevens en het gewicht van de constructie; er zijn slechts richtlijnen te geven over een aanpak hoe men een minimaal gewicht kan realiseren bij voldoende sterkte (zie bij CASTOR). 
Ook zijn geen principiële uitspraken mogelijk over de relatie tussen toegepaste regels van verschillende klassebureau’s en het gewicht van de constructie!  
Er bestaat wel een kans op een ongecontroleerde toename van gewichten door materiaalafmetingen "op het gevoel" te dimensioneren. Het is ook een misverstand dat zwaardere materiaalafmetingen veiliger zijn! 
In het bijzondere als het overdiemensioneren niet lokaal beperkt blijft heeft dit zwaarwegende gevolgen (bijvoorbeeld een onderdeel dat midscheeps of elk spant aanwezig is of een plaat met grote afmetingen zoals het vlak of de huid in de zijde).
Door niet vooraf rekening te houden met bijzondere sterktecritera zoals plooi van huidplaten is het mogelijk dat het resultaat veel zwaarder uitpakt dan gewenst. Helemaal funest is het om in dit kader een programma van een klassebureau toe te passen zonder dat men weet wat het programma doet. De programma's van de klassebureaus zijn geen ontwerpprogramma's maar gereedschappen ter beoordeling van uw cratie! 

In verband met een aantal veel voorkomende misvattingen over lichtgewichtconstructies publiceert ASC een hand out waarin de probelemen van kleiner materiaalafmetingen kritisch worden belicht.
De grenzen van de mogelijkheden om materiaal van hogere treksterkte steeds maar dunner kunnen te maken zijn al overschreden. Er wordt geen of in onvoldoende mate rekening gehouden met andere criteria dan treksterkte, zoals kritieke plooispanningen, reststerkte en vermoeiing. In het bijzondere resultaten uit eindige elementen berekeningen zijn in dit kader gevoelig voor verkeerde interpretaties! Het totaal andere spanningsbeeld bij nonlineaere eigenschappen door drukspanningen in dunwandige constructies worden niet of onvoldoende weergegeven. Ook spanningsconcentraties blijven onzichtbaar zonder detailonderzoek!

Naar boven

Definitie van constructief ontwerp

Onder constructief ontwerp ("Structural Design") is te verstaan het proces van vormgeven en dimensioneren van constructies. De taak van de constructeur is hierbij een optimaal product te ontwikkelen, onder afweging van vaak tegenstrijdige eisen. Afhankelijk van de functie worden verschillende eisen aan een maritieme constructie gesteld.
Hierbij staan drie uitgangspunten centraal:

1.     Taakvervulling
2.     Productie, onderhoud en reparatie
3.     Veiligheid

Toelichtingen

1.  De aspecten taakvervulling zijn de gegeven voorwaarden voor de ontwerper en de constructeur. Hiermee wordt gedefinieerd, welke taken met het schip uitgevoerd moeten kunnen worden. Bijvoorbeeld als hoofd taak een bepaald aantal containers in een nader beschreven vaargebied met de eveneens gespecificeerde snelheid kunnen vervoeren. Hiernaast kunnen nog een aantal secundaire taken worden gevraagd, zoals een bepaalde tankcapaciteit, tanktopbelastingen om maar enkele te noemen. Het e.e.a. resulteert in een aantal gedetailleerde eisen, die vastgelegd worden in het bouwcontract, de bouwspecificatie en het contractplan.
2. Binnen een bedrijf gelden specifieke afspraken normen en regels met betrekking tot maakbaarheid, volgorde, termijnen en kosten van de productie. Hier tegenover  staan wensen van de klant betreffend onderhoudsvriendelijkheid.
3.  De veiligheid dient voor de levensduur van de constructie gewaarborgd te zijn. De veiligheid van maritieme constructies wordt bewaakt door nationale en internationale instanties en is vastgelegd in diverse voorschriften. Een constructie zal zelden volledig aan alle gestelde eisen kunnen voldoen, maar bij het afwegen van belangen mogen nimmer de veiligheidsnormen in het geding zijn.
   

Alle voornoemde aspecten hebben relaties met de bouwkosten. Door de noodzaak om op de bouwkosten van het casco te moeten besparen staan deze relaties onder grote spanning. Hierbij wordt de nadruk geleegd op de loonkosten. De conclusies, dat schepen slechts in lage lonen landen gebouwd kunnen worden wordt hieruit afgeleid. Gezien een schip geen arbeidsintensief product is maar een kapitaalintensief product is aangetoond, dat deze stelling onjuist is! 
Er wordt gefixeerd op een klein deel van de productie waarbij lagere kosten realiseerbaar zijn, terwijl andere bouwgroepen door het uitbesteden op grote afstand en onjuiste werkwijzen binnen "Concurrent Engineering" onevenredig duurder worden.
Voor meer informatie zie: “Constructie en bouwkosten”.

Het vermogen van een constructie om belastingen te kunnen weerstaan. 
Dit kan uitgebeeld worden door de Management engineeringrelatie tussen belasting, constructie en responsie in de figuur hiernaast. Responsies zijn de reacties van de constructie op belastingen zoals verplaatsingen en spanningen. Voor responsies gelden criteria, dat zijn waarden die niet overschreden mogen worden, zoals toelaatbare spanningen. Toelaatbare drukspanningen zijn lager dan toelaatbare trekspanningen. Deze criteria zijn de veiligheidsnormen voor de constructie.

De sterkte van een schip met alle krachten in een integrale som oplossen is nauwelijks mogelijk. Maar men kan deelanalyses maken voor specifieke constructiedelen bij specifieke belastingen. De totale spanningen ontstaat dan door deelsommen met inachtneming van bepaalde regels te sommeren (superpositie)
Er wordt verschil gemaakt tussen lokale en globale sterkte.
De langsscheepse sterkte is een van de standaardanalyses voor het bepalen van globale langsscheepse spanningen.
Lokale spanningen, bijvoorbeeld door buiging van het vlak ten gevolge van lokale waterdruk, belasten ook op de door langsscheepse buiging belaste constructiedelen.
De totale spanning is dan de superpositie uit globale en lokale spanningen!

Klassebureaus, wat zijn dat voor instellingen?

Klassebureau’s voor de scheepvaart en scheepsbouw zijn ontstaan al vroeg in de 19e eeuw (in Engeland al in 1760). De directe aanleiding waren niet de scheepsrampen, maar de uit de hand lopende verzekeringsclaims ten gevolge van de ongelukken met schepen bij het verzekeringshuis Lloyds.
Maatschappelijke aspecten zoals openlijke beschuldigingen van opvarenden en/of de weduwen van slachtoffers, speelden de potentiële regelgevers natuurlijk in de kaart.
Een voor de hand liggende beschuldiging was dat de schepen te zwaar werden beladen en een van de eerste makers van regels was de heer Plimsoll, aan wie wij de vrijboord voorschriften te danken hebben! Hieraan gekoppeld was de scheepsmeting, die in begin werd vastgesteld door vaten met een inhoud van exact 2.831685 m3 in het schip te laden en het aantal vaten was het draagvermogen in registertonnen. Hoewel de regels voor de scheepsmeting vandaag zeer gemoderniseerd is houden we traditiegetrouw nog steeds vast aan de inhoud van de vaten uit de 19e eeuw!

De verzekering Lloyd’s stichtte naar aanleiding van de verslechterende financiën een organisatie die het naleven van regels in de scheepsbouw en scheepvaart moest bewaken en schepen moet indelen in klassen van zeewaardigheid.
Dit classificatiebureau “Lloyd’s Register of Shipping” werd dan ook in de nabijheid van de verzekering gehuisvest en ging vervolgens zelf regels maken. Deze Regels bestonden in het begin geheel eenvoudig uit een bestandsopname van heel veel onderdelen van schepen. Indien een mast overboord ging, een stag brak of een huidplank bezweek, dan werd voor het betreffende onderdeel in de regel eenvoudig een zwaarder gedimensioneerd onderdeel voorgeschreven. Met een groeiende schadestatistiek groeide ook de regelgeving, een discussie ontstond over de vergelijkbaarheid van bepaalde onderdelen voor verschillende schepen en wat te doen met nieuwe schepen?

Langzaam werden de regels opgesplitst in verschillende hoofdstukken, waarvan de constructie in begin het grootste aandeel had. Ook in andere landen ontstonden na het voorbeeld van “Lloyd’s” andere klassebureau’s, zoals Bureau Veritas, Germanischer Lloyd en American Bureau of Shipping.

Structuur en aanpak van het constructief ontwerp

De aanpak hangt helemaal af van het onderwerp en de problematiek. Er is geen standaardplan  te maken voor de aanpak van de op te lossen problematiek omtrent de constructie; de zeer veel verschillende probleemstellingen. De ontwerper van constructies moet zelfstandig de betreffende problemen kunnen herkennen, analyseren, structuren aanbrengen en een plan maken voor de oplossing van het geheel. Het http://creëren van problemen is niet gewenst, maar het over het hoofd zien ervan kan ernstige gevolgen hebben. Een afschrikkend voorbeeld voor een aanpak, voor een voorbeeld waarbij de problematiek niet is herkend wordt verwezen naar  het rapport "Plooien van een Beunschip" van de onderzoeksraad voor veiligheid.
Voor het leren van de aanpak zijn er cursussen zoals de “Verdiepingsstudie scheepsengineering”, op maat gemaakte cursussen of workshops. Ook voor specifieke onderwerpen waar bijvoorbeeld de aanpak voor het plooiprobleem in de ontwerppraktijk aan de orde komt zie onze voorstellen voor cursussen

De systematische aanpak van het constructief ontwerp wordt ondersteund door het ontwerpprogramma CASTOR.

Voor vragen over cursussen en workshops voor het leren van de aanpak van het constructief ontwerp kunt u contact opnemen met ASC

De midscheepse basis-constructie

Van essentieel belang betreffend de kwaliteit van de constructie en de sterkte zoals ook voor gewicht en bouwkosten zijn de eerste keuzes van verstijversystemen, afstanden en constructieprincipes. De keuzes worden afzonderlijk gemaakt  voor de bodem, de huid in de zijde en de dekken met de voorwaarde, dat verbandelen onderling aan elkaar moeten aansluiten.

Bij een kostenbewust ontwerp worden deze keuzes natuurlijk gemaakt onder afweging van bouwkosten en gewicht van de constructies.

De systematische aanpak van het constructief ontwerp ontwerp van de midscheepse constructie wordt ondersteund door het ontwerpprogramma CASTOR.
Voor vragen over dit onderwerp kunt u contact opnemen met ASC

bijgewerkt 10-10-2010