Wetenschap

Too soft for the seas

With container ships flooding the ocean and becoming bigger and bigger, accidents are more prone to happen. A TU Delft researcher found that the rules for the maximum amount of stress that these ships must be able to withstand may not be strict enough.

Remember the images on television of people from Cornwall scavenging the beach and taking home with them BMW motorcycles and car parts that washed ashore? The future may bring more scenes like this one, caused by the wreckage of the containership MSC Napoli in 2007. According to maritime engineer Johan Tuitman, ‘we will just have to wait and see how the huge containerships that have been built these last few years react to big waves. It’s going to be tense.’
During his research, Tuitman found that the standards set by classification societies – non-governmental organizations in the shipping industry – for the bending moment that ships need to withstand may not always be strict enough. This is one of the conclusions of his dissertation, ‘Hydro-elastic response of ship structures to slamming induced whipping’, which he will defend next week at the faculty of Mechanical, Maritime and Materials Engineering.

Tuitman, who works at TNO, investigated two types of bending moments that ships endure: hogging and sagging. Sagging is the stress a ship’s hull experiences when it is right in between two waves that have the same length as the ship, causing the middle of the ship to bend down. Hogging is the stress a ship’s hull experiences that causes the center of the hull to bend upward.
According to Tuitman, the reason behind the defaulting standards is the fact that classification societies do not have a method to properly calculate the slamming behaviour of different types of ships: “As it’s difficult to compute the loading, they just kind of estimate what the maximum bending moment should be based on experience from the past.” But for the newest, ultra large container ships, some of which carry as many as 12,000 container units (twenty feet equivalent unit), experience from the past is meagre, to say the least.

For his research Tuitman simulated the sea keeping behaviour (how a ship cuts its way through the sea) and slamming behaviour (how hard and often the ship pounds on the water) of several huge container ships and of a frigate. He looked at 150 different realistic sea conditions, varying the length and height of the waves in each simulation. For this he combined a model that describes sea keeping behaviour with a model that describes slamming.
“One of the difficulties lies in the fact that the sea keeping model is 3D, whereas for the slamming we use a 2D boundary elements method,” Tuitman explains. “It’s currently impossible to calculate the forces on the hull caused by slamming in 3D, as this would require way too much computer capacity.” The maritime engineer solved this problem by dividing the hull into slices and roughly calculating the forces for each cut, which he then combined in his model, creating the next best thing to 3D.
Tuitmans combined model predicts bending moments that are sometimes as much as twenty percent higher than the ones set by the classification societies’ rules.

 “Ik heb uitgezocht of de kennis die binnen de chemie en de scheepvaart aanwezig is, kan worden toegepast op wedstrijdboten”, zegt de student chemische technologie, en toproeier. “De eindconclusie is dat er wellicht een grote stap is te maken voor roeien.”

Greidanus, wereldkampioen met de lichte acht in 2007 en Olympisch reserve in China in 2008, werd getriggerd door het befaamde ‘wier-verhaal’. De dramatisch verlopen race van de Holland Vier op de Spelen in China, die een stuk wier aan hun roertje hadden hangen en daardoor een finaleplaats misliepen.

“Ik verbaasde mij nogal over dat wierverhaal, heb het wrijvingscoëfficient bekeken en berekeningen gemaakt. Daaruit concludeer ik dat het goed mogelijk zou zijn -ik zeg niet dat het zo is- dat een stuk wier van veertig bij 2,5 centimeter die onbegrijpelijke vertraging van achteneenhalve seconde heeft opgeleverd.”

Eerder boekten (Nederlandse) schaatsers successen door zogenaamde strippen op de mouwen van de schaatspakken. “Met die strippen, of rip-ups, wordt de luchtstroming geleid. Dat is begonnen bij de Nasa, dertig jaar geleden. Halverwege de jaren tachtig zijn een paar folies met van die ribbels toegepast. Daarmee viel veel winst te behalen op het gebied van stromingsturbulentie. Een vliegtuig kon harder gaan met minder brandstof. Toen is de stap qua technologisch onderzoek naar de sport gemaakt.”

Instituten als NOC*NSF en InnoSportNL –afdeling ‘wetenschappelijke ondersteuning van topsport’- zijn, met de Olympische Spelen van 2012 in Londen voor ogen, geïnteresseerd in mogelijk toepasbare technologische ontwikkelingen en nieuwe wetenschappelijke kennis. “Ik heb een goed beginpunt neergelegd. Daarna kan er om de tafel gezeten worden om mogelijke vervolgstappen te bespreken.”

Voor meeluisterende concurrentie is Greidanus niet bang: “Misschien dat een of andere roeier of coach uit het buitenland hier lucht van krijgt. Maar de Nederlandse onderzoekinstanties die het interessant vinden zullen er discreet mee omgaan.”

Presentatie Next generation rowing boats?, door Arnoud Greidanus.
28 april, 9.30 uur; zaal F, faculteit 3mE.

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.