Laivojen yhteentörmäyskokeet mallimittakaavassa

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää laivojen yhteentörmäyksen tutkimiseen soveltuva mallikoetekniikka. Tarkoitus oli keskittyä yhteentörmäyksen ulkoiseen dynamiikkaan, joka käsittelee laivojen liikkeitä ja niiden vuorovaikutusta veden kanssa. Testit suunniteltiin Hollannissa suoritettujen täysmittakaavakokeiden pohjalta. 37 suoritetun kokeen tavoitteena oli tutkia törmäystapahtumaa varioiden parametreja, joita olivat törmäysnopeus, törmäyskulma, keulabulbin muoto, laivojen massasuhde sekä kontaktipisteen sijainti. Mallien liikkeet kaikissa vapausasteissa ja törmäysvoima mitattiin. Tunkeuman syvyyden laskenta perustui mallien suhteellisen sijainnin aikahistoriaan olettaen, että mallien kulmaliikkeet ovat pieniä törmäyksen aikana. Tunkeuman syvyys ja plastinen muodonmuutosenergia eli rakenteiden absorboima energia olivat tärkeimpiä suureita tulosten analysoinnissa. Muodonmuutosenergian laskentamenetelmät perustuivat törmäysvoiman tekemään työhön ja laivojen liike-energian muutokseen törmäyksen aikana. Muodonmuutosenergian laskentaan esiteltiin laskennallinen malli, jota validoitiin koetuloksilla. Laskennallinen malli antoi hyviä tuloksia koetuloksiin verrattuna, etenkin kun verrattiin liike-energian muutokseen. Voima-tunkeuma-käyrän integrointiin vaikutti tunkeuman syvyyden epätarkkuus, joka johtui alhaisesta mittaustaajuudesta. Täysmittakaavakokeiden ja mallikokeiden tuloksien vertailu osoitti, että mallikokeet vastaavat täysmittakaavakokeita. Parametritutkimus osoitti, että mitä lähempänä törmäyskulma on suoraa kulmaa, sitä suurempi määrä energiaa absorboituu laivojen rakenteisiin. Mitä suurempi on törmäyskohdan etäisyys keskilaivalta, sitä pienempi on suhteellinen muodonmuutosenergia. Törmäyksen kohdelaivan massan kasvattaminen törmäävän laivan massan suhteen kasvatti suhteellista muodonmuutosenergiaa. Keulabulbin muodolla tai törmäysnopeudella ei ollut merkittävää vaikutusta suhteelliseen muodonmuutosenergiaan. Koejärjestelyitä voidaan pitää onnistuneina. Liikkeiden mittaamiseen käytetyn järjestelmän käyttöä tulisi kuitenkin kehittää jatkossa. Mittaustaajuutta tulisi pystyä nostamaan. Lisäksi järjestelmä tulisi synkronisoida voimamittausten kanssa ilman, että koetulosten laatu heikkenee