Optimierung von großen und komplexen Strukturen im frühen Entwurfsstadium unter Berücksichtigung von Schäden

• Antragsteller: Professor Dr. Sören Ehlers
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398019838

“Konstrukteure konstruieren und Ingenieure berechnen“ (Erichsen (1989)). Diese Trennung gibt es heutzutage immer noch bei der Konstruktion und Auslegung von Schiffs- und Offshore-Strukturen, da die strukturelle Auslegung, d.h. die Dimensionierung von Strukturkomponenten mit den zugehörigen Nachweisen, heutzutage in der Regel unabhängig von anderen Entwurfsdisziplinen auf Basis eines etablierten Konstruktionskonzeptes durchgeführt wird. Somit werden die nötigen Berechnungen erst durchgeführt, nachdem die globalen Parameter bereits festgelegt sind, sodass die Berechnungsmodelle von einem bestehenden Schiffsentwurf abgeleitet werden. Dieser Konstruktionsansatz wird als „Engineering Analysis“ bezeichnet. Beim Engineering Analysis werden gegebenenfalls Änderungen im Rahmen der jeweiligen Entwurfsdisziplinen durchgeführt, aber die Wechselwirkung der jeweiligen Änderungen wird nicht untersucht, da dieses zu aufwändig und teuer wäre. Die Folge ist, dass wirklich optimale Konstruktionen oftmals nicht gefunden werden können, weil alle Änderungen auf einer vorausgegangenen Lösung basieren, die aber nicht unbedingt die Beste sein muss. Besser ist es, wenn am Anfang kein Entwurf feststeht, sondern eine in Hinblick auf Sicherheit und Wirtschaftlichkeit optimierte Struktur gefunden wird, wobei letztendlich alle Disziplinen und deren Aspekte einbezogen werden. Dieser ganzheitliche Ansatz, der als „Engineering Design“ bezeichnet wird, erfordert effiziente Analysetechniken in allen beteiligten Disziplinen für die schnelle und sich wiederholende Bewertung von Veränderungen und um weitere Optimierungspotenziale zu identifizieren. OPTICS kann jedoch nicht alle Disziplinen abdecken und konzentriert sich auf die Entwicklung einer effizienten Analysemethode für die strukturelle Konstruktion. Dies ist ein erheblicher Beitrag auf dem Weg zum Engineering Design. Darüber hinaus berücksichtigt OPTICS Unfalllasten. Wenn eine maritime Struktur mit Lasten konfrontiert wird, die höher als die Entwurfslasten sind, kann es zu einem Versagen kommen und die Konsequenzen können schwerwiegend sein. Wobei das Versagen von kleinen Rissen in der Struktur oder deren äußerer Hülle bis zum Zusammenbruch der gesamten Struktur reichen kann. Folglich müssen solche Unfallschäden durch gute Konstruktionen vermieden werden, weshalb mögliche Unfälle und deren Folgen bereits in der frühen Entwurfsphase durch direkte Berechnungen beurteilt werden müssen. Deshalb ist es das Ziel dieses Projektes einen Modellierungs- und Berechnungsansatz zu entwickeln, der für die Optimierung großer und komplexer Strukturen (OPTICS) in der frühen Entwurfsphase, auch unter Berücksichtigung von Unfallschäden, geeignet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen