Buckling in semi-submersibles: a parametric analysis of damage. Winston Jin Young Chang Thiago Pontin Tancredi

Transcrição

1 Buckling in semi-submersibles: a parametric analysis of damage Winston Jin Young Chang Thiago Pontin Tancredi

2 INSTITUTION Laboratório de Otimização e Projeto Integrado

3 PRESENTATION TOPICS Theoretical basis DNV Standards (Recommended Practices) Implementation of DNV Recommended Practices Finite Element Method analysis applied in evaluation of buckling Parametric analysis of damage Conclusions Sumário

4 MOTIVATION Structural fails can be separated in two categories: Material fail (Yield Strength) Structure instability (Buckling) GOAL

5 THEORETICAL BASIS Buckling should be approached as a problem of energy equilibrium

6 THEORETICAL BASIS The critical buckling load is defined by the solution of the differential equation of beam equilibrium, respecting the boundary conditions

7 THEORETICAL BASIS Boundary conditions

8 THEORETICAL BASIS Buckling Modes

9 DNV-RP-C202 - RECOMMENDED PRACTICES BUCKLING STRENGTH OF SHELLS

10 IMPLEMENTATION Dados geométricos da coluna Distância entre suportes efetivos do cilindro enrijecido por anéis (L) [mm] 8000 Comprimento total do cilindro (L C ) [mm] 8000 Raio da casca (r) [mm] 2000 Distância entre reforçadores longitudinais (s) [mm] 1571 Distância entre anéis (l) [mm] 1600 Espessura da casca (t) [mm] 100 Área da seção do reforçador (A) [mm²] Raio até a flange do anel (r f ) [mm] 1800 Distância entre a aresta externa da flange e o centróide do anel (z t ) [mm] 50 Comprimento da alma do anel (h) [mm] 100 Espessura da alma do anel (t w ) [mm] 100 Forças e momentos atuantes na coluna Força axial de projeto (N Sd ) [N] Força cortante de projeto no eixo 1 (Q 1Sd ) [N] 0 Força cortante de projeto no eixo 2 (Q 2Sd ) [N] 0 Pressão lateral de projeto (p Sd ) [N/mm²] 0 Momento de torção de projeto (T Sd ) [N.mm] 0 Momento de projeto no eixo 1 (M 1Sd ) [N.mm] 0 Momento de projeto no eixo 2 (M 2Sd ) [N.mm] 0 Ângulo de aplicação dos momentos (θ) [rad] 0 σ atuante /σ flambagem Painel curvo não enrijecido 2675% Casca longitudinalmente enrijecida (85%) Casca enrijecida por anéis 1405% Coluna (1%) Largura da flange do anel (b) [mm] 0 Espessura da flange do anel (t f ) [mm] 0

11 DESIGN OF EXPERIMENTS Length: 8 m Diameter: 4 m Transversal rings: 4 Vertical stiffeners: 8 Espessura [mm] Reforçadores [mm²] Coluna A Coluna B Coluna C Coluna D 5 25

12 Tempo de processamento [s] Erro (%) ANALYSIS OF CONVERGENCE ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tamanho do elemento [m] 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tamanho do elemento [m]

13 COLUMN A

14 COLUMN B

15 COLUMN C

16 COLUMN D

17 RESULTS Espessura [mm] Reforçadores [mm²] Carga crítica de flambagem [MN] Coluna A Coluna B Coluna C Coluna D Analítico [MPa] Computacional [MPa] Diferença em relação ao analítico Coluna A % Coluna B % Coluna C % Coluna D %

18 ANALYSIS OF DAMAGE [ consulting/technicalconsulting/asa/shipcollisionana.asp] [ 29/what-damaged-the-m-star-heres-what-it-wasnt/] Buckling is very affect by imperfections and damages Damages in columns of semi-submersible can have several origins, as ships collisions, (especially supply boats)

19 DAMAGE MODEL Intersection of two identical columns [ 29/what-damaged-the-m-star-heres-what-it-wasnt/]

20 DESIGN OF EXPERIMENTS Diameter: 2m, 4m and 6m Depth de 2%, 4%, 6%, 8% and 10% of diameter

21 DESIGN OF EXPERIMENTS Diameter: 2m, 4m and 6m Depth de 2%, 4%, 6%, 8% and 10% of diameter

22 RESULTS Carga crítica de flambagem das colunas avariadas [MN] 2m 4m 6m 2% % % % % Perda de resistência de flambagem das colunas avariadas 2m 4m 6m 2% 4% 8% 10% 4% 13% 27% 32% 6% 22% 36% 42% 8% 25% 40% 48% 10% 26% 42% 50%

23 Perda de resistência de flambagem (%) Carga crítica de flambagem [MN] RESULTS m 4m 6m Penetração (%) m 4m 6m Penetração (%)

24 CONCLUSIONS Computational results consistent with the theoretical formulations The implementation DNV verified computationally is an excellent design tool for naval architects The study of damages presented important results that will be very useful for future designs, improving safety and reducing the structure weight.

25 NEXT STEPS Apply optimization techniques for a optimum design of semi-submersible structures. THANK YOU, Question?