A comparison of stiffener profiles in hatch covers
Riikonen, Ilja (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025092598163
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025092598163
Tiivistelmä
Modern cargo vessels are built from substructures, many of which can be simplified down to stiffened plate structures. Hatch covers are one of the key components which experience a variety of loading conditions in use. The analytical approaches for buckling of plates stiffened with closed-section stiffeners have seen developments in recent years.
It is currently unclear which type of stiffener could provide the best buckling performance at the lightest weight with the applicable standards in cargo ships.
The goal of this thesis is to find out whether open or closed section stiffeners should be used in ship hatch covers to achieve the most lightweight structure.
Analytical calculations were conducted to compare the structural capacity of panels stiffened with various stiffener profiles. In addition to analytical calculations, nonlinear finite element analysis was applied to assess the ultimate capacity of a stiffened plate structure with various shapes and sizes of stiffeners.
The results indicate that the IACS (International Association of Classification Societies) rules underestimate the buckling performance of the closed stiffener profiles in such a way that weight savings in choice of stiffener profiles are scarce to none. Increasing the material yield strength of the stiffeners should be considered further. As NLFEA suggests that the ultimate strength achievable with closed section stiffeners is significantly higher than with open sections of the same weight, the facilitation of this in the IACS rules should be considered.
It can be concluded that while the current IACS analytical methods might not agree, finite element analysis suggests that the closed section stiffeners could achieve the same ultimate structural capacity at a lighter weight than open stiffener profiles. Nykyaikaiset rahtilaivat rakennetaan pääosin rakenteista, joista monet voidaan yksinkertaistaa jäykistetyiksi levyrakenteiksi. Laivojen kansiluukut ovat esimerkki rakenteesta, joka kokee monenlaisia kuormituksia laivan käytön aikana. Suljetuilla profiileilla jäykistettyjen levyjen analyyttinen laskenta on kokenut kehitysaskeleita viime vuosina.
Tällä hetkellä on epäselvää, minkä muotoisilla jäykisteillä voidaan saavuttaa paras lommahduskestävyys levylle matalimmalla painolla rahtilaivojen rakentamiseen sovellettavien säännösten näkökulmasta.
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia, onko kevyin mahdollinen rakenne saavutettavissa avoimilla vai suljetuilla jäykisteprofiileilla.
Erilaisilla jäykisteprofiileilla jäykistettyjen levyjen rakenteellista kestävyyttä arvioitiin analyyttisella laskennalla ja epälineaarisella FE-analyysilla.
Tulokset osoittavat, että IACS:n (International Association of Classification Societies) nykyiset säännökset aliarvioivat suljetuilla profiileilla jäykistettyjen levyjen kestävyyden niin, ettei painonsäästö ole tavoitettavissa pelkkää jäykisteprofiilia vaihtamalla. Jäykisteiden materiaalin lujuuden lisäämistä tulisi harkita, ja tutkia lisää. Epälineaarinen FE-analyysi osoittaa, että suljetuilla jäykisteprofiileilla voidaan saavuttaa merkittävästi korkeampi lommahduskestävyys, kuin saman painoisilla avoimilla profiileilla. IACS:n sääntöjen kehittäminen tämän havainnon mukaiseksi olisi tarpeellista.
Voidaan päätellä, että vaikkei nykyiset IACS:n säännökset tue havaintoa, epälineaarinen FE-analyysi osoittaa, että suljetuilla profiileilla voitaisi saavuttaa sama rakenteellinen kestävyys pienemmällä rakenteen kokonaispainolla.
It is currently unclear which type of stiffener could provide the best buckling performance at the lightest weight with the applicable standards in cargo ships.
The goal of this thesis is to find out whether open or closed section stiffeners should be used in ship hatch covers to achieve the most lightweight structure.
Analytical calculations were conducted to compare the structural capacity of panels stiffened with various stiffener profiles. In addition to analytical calculations, nonlinear finite element analysis was applied to assess the ultimate capacity of a stiffened plate structure with various shapes and sizes of stiffeners.
The results indicate that the IACS (International Association of Classification Societies) rules underestimate the buckling performance of the closed stiffener profiles in such a way that weight savings in choice of stiffener profiles are scarce to none. Increasing the material yield strength of the stiffeners should be considered further. As NLFEA suggests that the ultimate strength achievable with closed section stiffeners is significantly higher than with open sections of the same weight, the facilitation of this in the IACS rules should be considered.
It can be concluded that while the current IACS analytical methods might not agree, finite element analysis suggests that the closed section stiffeners could achieve the same ultimate structural capacity at a lighter weight than open stiffener profiles.
Tällä hetkellä on epäselvää, minkä muotoisilla jäykisteillä voidaan saavuttaa paras lommahduskestävyys levylle matalimmalla painolla rahtilaivojen rakentamiseen sovellettavien säännösten näkökulmasta.
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia, onko kevyin mahdollinen rakenne saavutettavissa avoimilla vai suljetuilla jäykisteprofiileilla.
Erilaisilla jäykisteprofiileilla jäykistettyjen levyjen rakenteellista kestävyyttä arvioitiin analyyttisella laskennalla ja epälineaarisella FE-analyysilla.
Tulokset osoittavat, että IACS:n (International Association of Classification Societies) nykyiset säännökset aliarvioivat suljetuilla profiileilla jäykistettyjen levyjen kestävyyden niin, ettei painonsäästö ole tavoitettavissa pelkkää jäykisteprofiilia vaihtamalla. Jäykisteiden materiaalin lujuuden lisäämistä tulisi harkita, ja tutkia lisää. Epälineaarinen FE-analyysi osoittaa, että suljetuilla jäykisteprofiileilla voidaan saavuttaa merkittävästi korkeampi lommahduskestävyys, kuin saman painoisilla avoimilla profiileilla. IACS:n sääntöjen kehittäminen tämän havainnon mukaiseksi olisi tarpeellista.
Voidaan päätellä, että vaikkei nykyiset IACS:n säännökset tue havaintoa, epälineaarinen FE-analyysi osoittaa, että suljetuilla profiileilla voitaisi saavuttaa sama rakenteellinen kestävyys pienemmällä rakenteen kokonaispainolla.