Jobbar för lättare, mer effektiva och säkrare skrov

En optimerad skrovkonstruktion kan minska utsläppet av växthusgaser med upp till 20 procent. Men hur görs det bäst? I ett forskningsprojekt har Jonny Nisbet och hans kolleger på SSPA utvecklat en modell som mäter hur våglaster påverkar ett fartyg.

Det började med Lighthouseförstudien Dynamisk dimensionering som var klar 2017. Genom denna etablerades ett samarbete mellan SSPA, Chalmers, KTH och Stena för att titta vidare på hur man kan bedriva gemensam forskning kring metoder för att optimera ett fartygs skrovkonstruktion – d.v.s. göra det lättare, mer effektivt och billigare att bygga.

– Fartygen blir större och större och det går åt mer och mer stål. Därför finns önskan att få ner vikten, antigen för att kunna lasta mer eller för att spara bränsle. Men det måste göras på ett säkert sätt. Det finns exempel på containerfartyg som har dimensionerats fel och knäckts, säger Jonny Nisbet, projektledare på SSPA.

Lighthouseförstudien gick över i ett treårigt forskningsprojekt (finansierat med 3,2 miljoner kronor av Trafikverket) med målet att utveckla nya metoder för optimerad skrovkonstruktion, bland annat skulle en fartygsmodell skapas och utrustas för att kunna mäta strukturlaster, d.v.s. vågornas belastning mot skrovet skapas. Och det just vad Jonny Nisbet och hans kolleger åstadkommit.

– Vi har byggt en så kallad segmenterad modell som delade upp fartyget i fyra delar och i varje snitt satte vi ett instrument som kan mäta alla krafter och moment. Det som är viktigt när man testar i vågor är inte bara att modellen har samma form som ett fartyg i fullskala utan också att vikten fördelas på samma sätt som i verkligheten.

– För att kunna åstadkomma rätt viktfördelning i modellskala behövde stora delar av modellen byggas i kolfiber. Då kunde rätt viktfördelning uppnås genom att placera små vikter på rätt ställe i modellen, säger Jonny Nisbet.

Vid dynamisk dimensionering tas alltså, precis som det låter, alla dynamiska belastningar i beaktande när framtidens lättare och mer energieffektiva skrov ska designas. Så hur väl fungerar modellen som tagits fram på SSPA?

– En del i projektet har varit att jämföra våra modellförsök med beräkningar som gjorts på Chalmers. Och i lagom stora vågor stämmer resultaten väldigt väl överens. I lite högre vågor är avvikelserna lite större. Tanken är att vi ska kunna validera beräkningar och att vi i symbios med beräkningsverktyg och metoder säkerställer resultaten. Så i nästa steg måste vi jobba vidare på det. Men vi har en försöksuppställning som fungerar, vilket var vårt stora mål på SSPA, säger Jonny Nisbet.

Det finns också andra utmaningar än att utveckla ny teknik för fartygskonstruktion. Dagens regelverk tar inte fullt ut hänsyn till interaktionen mellan vågornas belastningar och fartygs dynamiska respons och det råder därför en osäkerhet kring huruvida säkerhetsmarginalerna är tillräckligt stora eller onödigt konservativa. Det senare kan leda till att fartygen blir överdimensionerade och får en onödig hög energiförbrukning och miljöpåverkan.

– I nästa steg kommer vi också att jobba med regelutveckling tillsammans med ett klassningssällskap. Vi måste få med dem in i processen för att se hur vi kan designa ett försöksprogram. Vad ska provas? Vad vill de se? Vad är viktigt när en ny praxis ska tas fram?

I projektet har Stena Lines konceptfartyg Stena Elektra använts som modellfartyg. Det planerade Ropax-fartyget är tänkt att gå på el och byggas i lättviktsmaterial. Men om de nya metoderna ska hjälpa till i designen måste de alltså finslipas samtidigt som nya regler måste till.
– Vi söker just nu pengar för att få till en fortsättning på projektet. Intresset är stort så det ser positivt ut, säger Jonny Nisbet.