Metodologija konceptualnog projektiranja brodskih konstrukcija s interakcijom trup-nadgrađe

Ro-Pax i putnički brodovi identificirani su kao perspektivni tipovi brodova, na kojima bi se u budućnosti mogao temeljiti veći dio proizvodnog programa hrvatskih brodogradilišta. Takve brodova karakterizira složena strukturna interakcija trupa i nadgrađa koja može značajno utjecati na razmatrane projektne atribute (težinu, cijenu, sigurnost, itd.). Kroz ovaj rad predložena je znanstveno utemeljena i praktično primjenjiva procedura projektiranja takvih konstrukcija u konceptualnoj fazi. Predstavljene su strukturne specifičnosti razmatranih konstrukcija te su razmotrene karakteristike i fizikalna pozadina strukturne interakcije trup-nadgrađe. Istaknuti su parametri koji utječu na interakciju te je kvalitativno razmotren utjecaj svakog od njih. Dan je pregled analitičkih i numeričkih metoda koji razmatraju problem kao i detaljan pregled svih relevantnih (autoru dostupnih) radova s tog područja. \Napravljen je metodološki pomak u pristupu problemu interakcije trup-nadgrađe. Identificiran je projektni problem te su dane osnovne značajke njegovih komponenti (cilj, varijable i ograničenja). Predložena metodologija podijeljena je u dva osnovna bloka: topološko istraživanje projektnog prostora i strukturna optimizacija odabranih varijanti. Definirane su sve komponente projektnog modela: strukturni model, model opterećenja, proračun odziva, podobnostni model i optimizacijski model. Predložen je i razrađen koncept projektno orijentiranih, pojednostavljenih generičkih 3D MKE strukturnih modela koji daju dovoljnu točnost na razini primarnog odziva. Razmatrani su mogući načini modeliranja s posebnim naglaskom na velike bočne otvore. Dane su usporedbe u točnosti (na bazi pomaka) modeliranja bočnih otvora za nekoliko različitih metoda. Predložen je model opterećenja koji je temeljen na kvazistatičkom principu ekvivalentnog vala te su ukratko predstavljene mogućnosti točnijeg modeliranja valnih opterećenja, a posebno procjena veličine vertikalnog valnog momenta savijanja trupa. Razmatrane su mogućnosti proračuna granične čvrstoće trupa kao potencijalnog projektnog atributa sa stanovišta globalne sigurnosti. Razvijeni pristup je temeljen na modificiranoj Smithovoj metodi te su rezultati uspoređivani sa sličnim metodama i nelinearnim MKE proračunom provedenim na konstrukciji putničkog broda u sklopu ISSC 2006. Istraživan je i redoslijed kolapsa paluba i utjecaj topologije na vrijednost graničnog momenta savijanja trupa. Predložena je metodologija za identifikaciju i istraživanje topoloških parametara koji bitno utječu na interakciju trup-nadgrađe. Metodologija je temeljena na teoriji eksperimenata (frakcionirani pokusi, ortogonalna polja, Taguchijev pristup i S\N omjer), brzom generiranju odziva raznih strukturnih varijanti korištenjem predloženih generičkih MKE modela i statističkoj obradi rezultata (F-test, ANOVA,..). U iterativnom postupku omogućena je brza identifikacija dominantnih parametara te pronalaženje vrijednosti pojedinog parametra koja maksimizira ili minimizira vrijednost promatranog projektnog atributa. Razmatrane su mogućnosti provođenja strukturne optimizacije korištenjem nekoliko različitih optimizacijskih algoritama. Razvijena je optimizacijska procedura za globalnu preraspodjelu materijala u poprečnom presjeku (temeljena na SLP) te dvije metode koordinacije lokalnog-globalnog optimizacijskog problema. Izložene su teorijske osnove algoritma te je izvršena nadogradnja projektnog sustava OCTOPUS. Osnove ostalih optimizacijski algoritama, evolucijskih strategija temeljenih na teoriji eksperimenata (FFE) i genetičkih algoritama (MOGA), također su predstavljeni kao i princip hibridnog optimizacijskog postupka. Karakteristike algoritama i njihova primjenjivost na razmatrani problem na kraju su sumirane. Testiranje razvijenih projektnih modula i metodologija obuhvatilo je: (1) usporedbu točnosti odziva (primarnih naprezanja) 3D MKE generičkog i MKE modela cijelog broda na dva realna primjera; (2) istraživanje utjecaja topologije na odziv konstrukcije putničkog broda; (3) strukturnu optimizaciju nekoliko odabranih topoloških varijanti konstrukcije putničkog broda kao nastavak istraživanja pod (2). Na kraju, predstavljeni su zaključci, istaknuti znanstveni doprinosi te prijedlozi za daljnja istraživanja