Verbundprojekt: MarTERA-HealthProp - Life Prediction and Health Monitoring of Marine Propulsion System under Ice Impact; Vorhaben: Experimentelle, analytische und numerische Untersuchung und Modellierungen von Eislasten am Propeller

Abstract

Das Projekt HealthProp_ILM ist ein Teilprojekt des Co-Fun MartERA Projektes HealthProp, welches mit internationalen Partnern aus Deutschland, Norwegen und Südafrika durchgeführt wurde. Für Deutschland, als Exportnation ist die Schifffahrt von großer Bedeutung und damit auch das Erschließen von Handelswegen wie den trans-Arktische Routen, auf der Ostsee, Kreuzfahrten im Eis oder Binnenschifffahrt in Nord und Ost Europa. Das Einschätzen von eisbedingten Belastungen am Antriebsstrang ist nicht nur für Schiffsbetreiber von Bedeutung, sondern auch von Herstellern der Komponenten. Unplanmäßige Wartungen auf Grund von eisbedingten Schäden können zu erheblichen finanziellen Konsequenzen führen. Das Ziel Propellereislasten genauer abschätzen zu können stützte sich auf eine Reihe von Experimenten in welchen Eisproben bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten gegen Stahlplatten gedrückt wurden. Diese Experimente wurden mit einem entwickelten numerischen finite Element Model reproduziert. Nach der Validierung der Simulationen wurden Experimente mit einer Eindringkante simuliert. Im folgenden Schritt wurden die Geschwindigkeiten und der Energieeintrag in Eis und Struktur nochmals erhöht und ebenfalls zur Weiterentwicklung der Simulation genutzt. Im finalen experimentellen Schritt wurde ein Propellerflügel der SA Agulhas II im Massstab 1:3 unter den Fallturm gestellt und mit Eislasten beaufschlagt. Im Projekt wurde auch eine Simulation für die Interaktion von Eisschollen und Schiff entwickelt, woraus die Eisfragmente bestimmt werden, welche im Propeller enden. Diese Dimensionen, werden weitergegeben um mit dem zuvor erzeugten Finiten Element Model die Kraft zu berechnen, welche auf den Propeller ausgeübt wird. Das daraus berechnete Moment an der Propellerwelle wurde mit gemessenen Momenten an der SA Agulhas II verglichen mit guter Übereinstimmung der maximalen Momentwerte. Eine Validierung des gesamten Lastspekturms war nicht möglich, weil die genaue Anordnung der Schollen zum Schiff unbekannt ist und einen signifikanten Einfluss auf die Eisfragmente und somit auch das Lastspektrum hat.