Maßgeschneiderte Extremwellen für den hydrodynamischen Entwurf meerestechnischer Konstruktionen
Dr.-Ing. Marco Klein, Technische Universität Berlin, Curt-Bartsch-Preisträger
Ist die größte Welle die gefährlichste oder eine Wellengruppe in einem für die Struktur ungünstigen Frequenzbereich? Die Identifizierung von Worst-Case-Szenarien beim Entwurf von meerestechnischen Konstruktionen stellt eine große Herausforderung dar und kann nicht global beantwortet werden, da verschiedene Entwurfskriterien und Operationszustände zu unterschiedlichen Ergebnissen führen werden. Dieser Vortrag präsentiert zwei innovative Entwurfswellenkonzepte für die deterministische Identifizierung kritischer Seegangszustände, die eine extreme Systemantwort der meerestechnischen Struktur zur Folge haben. Das erste Konzept führt die sogenannten Breather-Lösungen der nichtlinearen Schrödinger-Gleichung als maßgeschneiderte Extremwellen im Entwurfsprozess ein. Diese ermöglichen eine schnelle Erzeugung von Extremwellen beliebiger Wellenlängen und Wellenhöhen (bis zur physikalischen Wellenbrechgrenze), wodurch sie auf die zu untersuchende meerestechnische Struktur maß-geschneidert werden können.
Das zweite Entwurfswellenkonzept ist ein vollständig automatisierter antwortbasierter Identifizie-rungsalgorithmus zur deterministischen Ermittlung kritischer Seegangszustände. Das Grundprinzip der Methode beruht auf der Kombination von (beliebigen) Welle-Struktur-Analyseprogrammen mit einem Optimierungsalgorithmus, um maßgeschneidert die vordefinierte kritische Systemantwort und somit die zugrunde liegende Wellensequenz zu ermitteln.
Tailoring critical wave sequences for response based design
What is the worst case scenario offshore structures are exposed to during their lifetime – the highest rogue wave or a wave group of certain frequency? The choice of such environmental design conditions, to be considered in the design process, is a delicate question. Thereby, operational efficiency and survival are complementing characteristics for offshore structures to be carefully balanced in the design process. The identification of environmental design conditions for the assessment of offshore structures is still a key issue. This talk presents two innovative concepts in the field of tailoring critical wave scenarios for response-based design. The first concept comprises the application of analytical breather solutions of the non-linear Schrödinger-type equation as experimental design freak waves. The breather solutions offer the fast generation of freak waves of certain frequency and are intended as “one for all” critical design wave sequence in terms of an outstanding situation to be investigated for any kind of offshore structure. The second concept, a response-based identification tool, is developed as a new design wave concept for the deterministic identification of critical wave sequences and responses, respectively. The basic principle of this procedure is characterized by deterministic tailoring of short wave sequences to obtain a certain maximum response level by combining wave-structure-interaction tools with an optimization procedure.
