Im Thread --/>/> http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,8669.0.html
kam auch dies zur Sprache:
"stellt sich mir folgende Frage: Wie ist das Verhältnis zwischen Querfestigkeit und Längsfestigkeit?
Das Schiff wird doch sicher nicht nur durch Querbelastungen beansprucht. Durch die Massenverteilungen dürfte sich ja auch in Sachen Längsbiegung einiges tun"
und ich habe Kai versprochen, dazu einige Grafiken anzufertigen und Überlegungen anzustellen.-
Wenn wir die übliche Literatur ("Verhalten im Seegang") hernehmen, dann wird meist folgendes idealisiertes Bild gezeigt:
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang1.jpg)
Oben fällt der Rumpf in ein Wellental, unten ist er auf einem Wellenberg - idealerweise ist hier die entsprechende Wellenlänge auch identisch mit der Schiffslänge, die jeweiligen Kräfte können (bei bekannter Wellenhöhe, jeweiliger Breite) bequem aus Tiefgangs-Verringerung respektive -Vermehrung herausgerechnet werden... siehe (diesmal Welle kürzer als Schiffslänge):
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang2.jpg)
Die Wellen kommen hier auch immer brav von vorne... (naja, simmer halt vor Anker?).
Bei einer angenommenen Wellenhöhe sind die Kräfte proportional zu den ein- oder ausgetauchten Volumina des Unterwasser-Schiffs.
Theoretisch.
In der Praxis schaut dies jedoch ziemlich anders aus, z.B. ist hier die (oben recht zahm illustrierte) Fall-Annahme mit "Wellenlänge ist gleich Schiffslänge" zu sehen:
(http://premium1.uploadit.org/harold//wave-and-lenght1.jpg)
... und hier "Wellenlänge ist kürzer als Schiffslänge":
(http://premium1.uploadit.org/harold//qe20108.jpg)
(http://premium1.uploadit.org/harold//qe201082.jpg)
In beiden Fällen steuert der Rumpf direkt gegen die Wellenrichtung.
Diesen Fall, aber auch Kurse quer zur Wellenrichtung oder weg von ihr, möchte ich hier mal graphisch ein wenig aufarbeiten.
Als kleine Einstimmung dazu:
http://www.youtube.com/watch?v=UjdRCjSN4lw&feature=related
:MV: Harold
In der "Theorie" ist das Schiff stets statisch.
Dann kommen von irgendwoher irgendwelche Wellen und schaukeln es durch, etwa so:
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang3.jpg)
Wellenlänge ist hier graphisch dargestellt, und die Geschwindigkeit, mit der sie von allen Seiten her kommen können, hat ihre Entsprechung in den Pfeilen.
Bewegt sich unser Schiff unter eigener Kraft (was ich mal annehme!), dann bewegt es sich jedoch auch relativ zum Wellengang:
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang4.jpg)
Nehmen wir den Rumpf als Inertialsystem (beziehen also alles auf unsern Standort auf dem Schiff), so sind die Wellen nun von vorne kürzer in der Wellenlänge (wir fahren dagegen an) und kommen schneller (siehe Pfeil; rechts);
liefen wir von der Wellenrichtung weg, so wären sie länger, und würden uns langsam überholen (links).
Die anderen möglichen Wellen-Längen und -Frequenzen (wie oft pro Zeiteinheit kommt eine) sind ebenfalls davon abhängig, ob wir nun auf deren Richtung eher zu- oder ablaufen.-
Um die Sache noch ein wenig spannender zu machen, produziert auch unser Rumpf in Fahrt ein eigenes Wellenbild, je nach Geschwindigkeit (hier, bei L = 200m, hab ich ihm ca 17 kn verpasst, d.h. die eigengenerierte Welle hat 50 m von Kamm zu Kamm -Wellenlänge oder Lambda):
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang5.jpg)
(rot hier die Maxima, grün die Minima)
Diesen Rumpf schicken wir nun (mit seinen 17 kn = 8.7 m/s ) durch eine mittlere Dünung (Lambda= 100 m, Geschwindigkeit = 24 kn = 12.3 m/s) - auf einer Wassertiefe, die grob etwa in der Dimension der Rumpflänge liegt (für die Dünung gilt dann die Formel v = (g * T)^-2 ... für die "Nachrechner").
Für unser Beispiel hier ist die Wellenhöhe (oder Amplitude) der eigengenerierten Welle im Verhältnis zur Amplitude der Dünung 1 : 1.4.
Dieser völlig unspektakuläre Fall sieht dann -bei verschiedensten Kursen zur Wellenrichtung- so aus:
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang6.jpg)
Die Interferenzen zwischen den beiden Wellenbildern (bei einigen ausgesuchten Kurslagen) schaun wir uns also genauer an, denn diese liefern ja unterschiedliche Auftriebsverhältnisse und somit auch unterschiedliche Belastungen für unseren Beispiel-Rumpf.
Als Beispiel dafür, dass diese Belastungen durchaus recht hoch ausfallen können, folgende Bilder-Sequenz:
(http://premium1.uploadit.org/harold//DD-Heavy-Seas-a.jpg)
(http://premium1.uploadit.org/harold//DD-Heavy-Seas-b.jpg)
(http://premium1.uploadit.org/harold//DD-Heavy-Seas-c.jpg)
Die Kräfte, die hierbei wirken, sollten wir uns also mal näher angucken - was geschieht da grad, und warum?
Hallo Harold
wieder einmal eine erstklasssige Erlärung top top top
Das Durchbiegen eines Supertankers kann auf der gesamten Schiffslänge bis zu 3,5 m betragen. Hinzu kommt noch die Torsion, wenn die Wellen diagonal genommen werden.
Ich habe an Bord Torsionswerte bis zu 2,2 m gemessen. Da aber Tanker(Bulk Carrier) in Stringer(Längs)bauweise bebaut werden, können sie solche Torturen gut ab.
Bei Querspantenbauweise (Frachter)sind diese Werte wesentlich geringer.
Was mich nun brennend interessieren würde ist: Wie ist das bei den gewaltigen Längen der Flugzugträger gelöst???
Die Verbiegungen im Flugdeck müssten ja auch gewaltig sein????
Funktionieren bei solchen Belastungen eigentlich noch die Fahrstühle für die Flugzeuge???
Ich hoffe du hast nichts dagegen, wenn ich hier noch einen Spezialfall hinzufüge.
Bottom Slamming
Der Spezialfall, der bei Handelsschiffen als auch bei schnellen Kriegschiffen eine grosse Rolle in der strukturellen Festigkeit spielt.
Bei hoher Dünung (Swell) von vorne und Wellenamplituden. die in etwa der Schiffslänge entsprechen kann der Bug soweit frei kommen, daß das Schiff beim Wiedereintauchen
auf dem Boden aufschlägt. Wie stark dieses eintritt hängt natürlich auch von der Geschwindigkeit des Schiffes ab.
Bei sehr großen Schiffen, wie VLCC und ULCCs, hat dies bis zur Zerstörung des gesamten Bugbereichs geführt inklusive der Birne.
Auf modernen Tankern baut man aus diesem Grunde Drucksensoren ein, die dem Kapitän einen Anhaltspunkt geben, wann er die Geschwindigkeit reduzieren muß.
Ich weiß, daß es in diesem Bereich gewaltige Versuche in der US Navy gegeben hat - ich kann aber leider keinen link dazu finden.
Vielleicht kann uns hier Ullrich Rudofsky helfen???
anbei ein paar links zum Thema Bottom Slamming
http://www.eagle.org/news/TECH/2008/T18_P31pk%20Slamming.pdf
http://www.google.de/search?hl=de&q=Bottom+Slamming&btnG=Google-Suche&meta=
http://www.iwwwfb.org/Abstracts/iwwwfb18/iwwwfb18_18.pdf
http://www.krs.co.kr/kor/file/9iacs%20csr.pdf
Eine IACS (International Association of Classification Societies) Studie über neue strukturelle Schiffskonstruktionen
http://www.sname.org/sections/san_diego/Presentations/2008-04_IACS_CSR.pdf
Neuer struktureller Tankerdesign
http://www.sname.org/sections/san_diego/Presentations/2008-04_IACS_CSR.pdf
@ Hans: seeehr interessante Punkte -ich mach nur mal fix mit den Grafiken hier fertig...
Hier also das Interferenz-Bild von Seegang (in allen Fällen von rechts kommend; lambda = 100m, v=24 kn)
zur Fahrtwelle (lambda = 50m, v=17kn) bei verschiedenen Kursen (1: gegenan bis 5: ablaufend).
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang7.jpg)
Wie schon oben gesagt: der Rumpf und seine eigengenerierte Welle als Inertialsystem, Vektor aus Seegang und Fahrt relativ zu ihm bewegt.
In den Fällen 1 und 5 in Längsrichtung unter dem Rumpf durch (in 1 von vorne, in 5 von achtern), bei 2 - 4 von seitlich von vorne bis seitlich von achtern.
Relativ zum Rumpf sind die Wellenlängen des Seegangs in Fall 1 am kürzesten (40m) und steigen bis zu Fall 5 (160m) an.
Diese Wellen werden von den Fahrtwellen überlagert, so dass sich folgende Interferenzkurven zeigen (links als "modulierte Kurve", rechts am Rumpf noch zusätzlich um eine Halbphase des Seegangs verschoben; stark überhöht):
(http://premium1.uploadit.org/harold//seegang8.jpg)
1 - direkt gegenan. Fahrtwelle (statisch zum Schiff) moduliert Seegang in relativ kurzer Frequenz - kurzes, heftiges Nicken.
2 - Fahrtwelle und Seegang haben annähernd gleiches Lambda - "durchmarschieren" von heftig aufgeschaukelten Belastungsminima und Maxima, teilweise Löschung; die Belastung ist asymmetrisch, da der Seegang etwa 30° von vorne kommt und die Welle von Bbd nach Stbd etwa jeweils um die halbe lokale Breite nach achtern versetzt durchläuft-
3 - Seegang (relativ 80 m) jetzt von 45° vorne, schaukelt sich zu ausgeprägten Maxima und Minima auf, die langsamer als in 2 durchmarschieren, auch diesmal jeseits versetzt (um etwa je die lokale Schiffbreite). Unter- und überauftriebige Zonen sind also nicht nur längs verteilt, sondern ebenso quer.
4 - leicht ablaufend, lambda = ca 130 m; die Überlagerung zeigt ausgeprägte Maxima/Minima in etwa 2/5 Schiffslänge Abstand voneinander. Starkes Stampfen, auch Querbelastungen (ähnlich wie 2, nur diesmal von achtern durchlaufend).
5 - direktes Ablaufen, lambda = 160 m; langsameres Ein- und Ausstampfen, jedoch höher (da die Minima/Maxima noch weiter voneinander entfernt sind -etwa halbe Schiffslänge- und so der Hebelarm noch größer wird).
Fall 1 (direkt gegen die Wellen an) ist hier -sowohl was Belastungs-Schwankungen als auch die relative Größe der auftretenden Kräfte angeht- der günstigste; allerdings ist der Wechsel von unter- und überauftriebigen Zonen sehr schnell - permanentes Durchwalken mit hoher Frequenz.
Fall 5 (ablaufend) bringt zwar langsameres, aber dafür auch wesentlich tieferes Ein- und Austauchen - großer Hebel bei großer Kraft.
Es ist natürlich klar, dass bei größerer Amplitude des Seegangs die Amplitude der eigengenerierten Welle proportional kleiner ausfällt, und damit die Modulation weniger stark ausgeprägt ist.
Aber ich möchte jetzt gerne an unsre Schiffbauer und Captains (Hans hat ja inzwischen, seh' ich gerade, schon damit begonnen!) übergeben - und von ihnen einiges über Momentenrechnung, Elastizität sowie schiffbauliche und seemännische Praxis lernen!
:MG: Harold
Da Harold hier eine sagenhaft gute Erklärung über die Längsfestigkeit dargestellt hat, möchte ich hier auf noch eine Sache aufmerksam machen.
Resonanzen im Schiff
Ende der 60er Jahre wurde die erste Serie von 6 Super Bulk Carrierern (180 000 dtw) gebaut. 4 von diesen Schiffen verschwanden innerhalb von Minuten
mit Mann und Maus bei relativ gutem Wetter von der Bildfläche.
Bei den nachträglichen Untersuchungen entstanden Vermutungen, daß in diesen Schiffen gewisse Schwingungsresonanzen, zum Auseinanderbrechen führten.
Zu diesem Zeitpunkt war ich Erster Offizier auf einem 60 000 dtw Bulkcarrier (M.V. ,,Brüssel" der Reederei Töpfer).
Besonders in Ballastfahrt stellten wir von Zeit zu Zeit gewaltige unerklärliche Schwingungen in der gesamten Schiffslänge fest. Diese Schwingungen verursachten meterlange Risse in den Bulkshotts zwischen den Ladeluken. Diese Risse mußten wir abbohren und verschweißen.
Direkt neben den Schweißnähten entstanden immer wieder neue Risse die ein gefährliches Ausmaß von meheren Metern Länge annahmen.
Das Schiff war für eine japanische Reederei (Nippon Lines) verschartert .
Als sie von unseren Problemen erfuhren, schickten sie mir ein paar Schiffsbauingenieure an Bord, die mich baten Messungen vorzunehmen. Sie versorgten mich mit enormen Mengen von Meßgeräten.
Während meherer Reisen und unendlich vieler Tests konnten wir mehere Impulschwingungen im Schiff indentifizieren.
1. Schwiffseigenschwingung lag bei 2,5 Hz (lt. Werft)
2. Zylinderzündfrequenz (je nach Fahrtstufe) zwischen 2,5 und 7,9 Hz (langsam laufender 2 Takt Diesel 21 000 PS, 100 U/min max.) Beim Hochfahren des Diesels
gab es besonders kritische Drehzahlen im unteren und oberen Bereich, wobei sich das ganze Schiff schüttelte)
3. Propellerfrequenzen (3 Flügelpropeller 6 m Durchmesser) je nach Fahrtstufe lagen hier die Frequenzen bei 2 und 5 Hz. (Ließ sich fast nicht messen – nahmen also
ungefähre Werte an der Welle direkt vor der Stopfbuchse.(Besonders deutlich wurden sie bei extremen Ruderlagen)
4. Wellenaufprallfrequenz: Diese war besonders bei kurzen steilen Seegang gut zu messen und waren natürlich von der Schiffgeschwindigkeit und dem Einfallwinkel
abhängig. (Messungen lagen bei 3 – 9,6 Hz) (Die Impulsstärkern variierten natürlich mit der Wellenhöhe)
Unsere Messungen waren natürlich sehr ungenau und wir konnten aber trotzdem feststellen, daß zu unvorhersehbaren Zeitpunkten diese sinusartigen Wellen sich so überlagerten daß Interferenzen und sogar Resonanzen entstanden.
Bei Resonanzfällen fing das Schiff an sich, auf der gesamten Länge hin und her zu biegen. Wir konnten Schwingungsamplituden bis zu 2,5 m messen.
Durch manchmal geringste Geschwindigkeitsveränderungen oder Kursänderungen
kamen wir aber schlagartig aus dem Resonanz- oder Interferenzbereich heraus.
Durch diese Maßnahmen gingen unsere Schäden um 80 % zurück.
Die Japaner waren uns sehr dankbar für die Messungen und Erfahrungen
Beste Grüße
Hans
Servus Hans - das schließt thematisch bestens an die letzten Beiträge aus
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,1013.60.html an, v.a. an #66.
Bei dieser Darstellung waren jedoch "vereinfachte Bedingungen", nämlich glatte See (um die einzelnen Fahrtwellen, die sich von Bugwulst, Steven und Schulter her überlagern, in ihrer Wirkung auf den Schiffboden zu zeigen):
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/40Y-wellen3.jpg)
Hier ist dies das Unterwasserschiff der "Yamato", das als Beispiel dafür diente.
Wenn wir jetzt noch die von dir genannten Resonanzen, respektive die Frequenzen durch unterschiedliche Belastung im Seegang dazu nehmen ...
... 2.5 m Amplitude auf einem Rumpf mit über einen großen Bereich identischem Querschnitt und Begrenzung durch große plane Flächen kann ich mir durchaus vorstellen!
Zum Slamming: notorisch-spektakulär dafür sind Zerstörer-Rümpfe, deren Länge gut mit der Wellenlänge der Dünung interferiert, hier mal ein Beispiel, fotografiert vom offensichtlich wesentlich ruhiger liegenden Bord eines Trägers:
(http://premium1.uploadit.org/harold//Stenibelldd644.jpg)
und noch ein weiteres:
(http://premium1.uploadit.org/harold//ho.jpg)
Dass nicht nur "kleine" Einheiten davon betroffen sind, zeigt dieses Bild der "Duke of York"
(http://premium1.uploadit.org/harold//hms_duke_york_scharnhorst.jpg)
leider sehr klein - von "Anson" oder "DoY" kenn' ich eines, da ist sie mit gut einem Viertel der Gesamtlänge vorne "in der Luft" ... hab es jedoch weder auf Festplatte noch sonstwo finden können; vermutlich in Piekialkewicz, Seekrieg (den ich inzwischen verschenkt hab').
Zu den notwenigen Dehnungsfugen oder anderen Lösungen, die ich mir als Antwort vorstelle auf die Anregung
"Wie ist das bei den gewaltigen Längen der Flugzugträger gelöst???
Die Verbiegungen im Flugdeck müssten ja auch gewaltig sein?
Funktionieren bei solchen Belastungen eigentlich noch die Fahrstühle für die Flugzeuge???"
bin ich selbst noch am Recherchieren; ich denke, sowohl in Hadeler, "Flugzeugträger" als auch Israel, "Graf Zeppelin" sollten sich Anmerkungen dazu finden, was deutsche Ingenieure dazu gedacht haben.
Zumindest bei Israel gibt es einen ausführlicheren Abschnitt über die Aufzüge - vielleicht liest jemand kurz mal nach, und fasst es hier prägnant zusammen (auch diese beiden Bücher hatt' ich nur ausgeliehen)?
Ciao,
Harold
Hallo Leute,
um das, von H & H angesprochene, Thema Frequenz und (va.) Resonanz uns Schülern näher zu bringen, hatte seinerzeit unser Statik-Lehrer das folgende Video als "Einstimmung" zum Thema vorgeführt:
Es zeigt die Tacoma-Narrows-Brücke im Jahre 1940 (wenige Monate nach ihrer Fertigstellung) vor und während ihres Zusammenbruches, in Folge Windbeeinflußung (durch eine gewisse Windgeschwindigkeit wurde das Brückentragwerk dermaßen angeregt, dass es in Schwingungen [hier: Eigenschwingung] geriet und sich aufschaukelte).
Youtube-Video: http://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw&feature=related
Wikipedia-Beitrag: http://de.wikipedia.org/wiki/Tacoma-Narrows-Br%C3%BCcke
Hoffe ich hab´ Euch zukünftige Flußüberquerungen nicht allzusehr vermiest ....... :-D
Gruß
David
Hallo Schiffsbauer
anbei ein link des Germanischen Lloyds mit Beschreibungen, Formeln, über Festigkeit Bodenplatten, Aussenhaut, Schanzkleid, Schlingerkiele, Dehnungsfugen usw.
http://www.gl-group.com/infoServices/rules/pdfs/deutsch/schiffst/teil-1/kap-1/deutsch/abschn06.pdf
Zitat@Harold
leider sehr klein - von "Anson" oder "DoY" kenn' ich eines, da ist sie mit gut einem Viertel der Gesamtlänge vorne "in der Luft" ... hab es jedoch weder auf Festplatte noch sonstwo finden können; vermutlich in Piekialkewicz, Seekrieg (den ich inzwischen verschenkt hab').
DoY ein bißchen größer
http://www.maritimequest.com/warship_directory/great_britain/battleships/duke_of_york/hms_duke_of_york_page_2.htm
Mein Lieblingsvideo dazu (besonders am Anfang und am Ende):
--/>/> http://www.youtube.com/watch?v=Mwjrf0gZjIE&mode=related&search=
(Und endlich einmal passt die Musik, die bei youtube ja inzwischen unvermeidbar geworden ist...)