I N D E P T H I C E- C L A S S V E S S E L S I C E L O A D S A N A L Y SI S


T h e l o a d s e x ert e d o n t h e s hi p’ s h ull a n d e q ui p m e nt d uri n g i c e o p er ati o n s c a n h a v e a m aj or i m p a ct o n p erf or m a n c e, writ e s E d M o a kl er, s e ni or e n gi n e er, A B S C a n a d a


P


ol ar i c e br e a k er s ar e s o m e of t h e t o u g h e st s hi p s o n t h e s e a, gi v e n t h e j o b t h e y ar e d e si g n e d t o


d o. B ut t h at d o e s n’t m e a n t h e y ar e u n a ff e ct e d b y c o nt a ct wit h t h e i c e – e s p e ci all y t h e pr o p ul si o n s y st e m s criti c al t o t h eir s af e o p er ati o n.


T h e A B S H ar s h E n vir o n m e nt T e c h n ol o g y C e nt er ( H E T C) w a s c o ntr a ct e d t o st u d y t h e i m p a ct of i c e l o a d s – a n d i n p arti c ul ar i c e- milli n g b y t h e pr o p ell er – a b o ar d a hi g h p ol ar- cl a s s v e s s el. T h e o p er at or w a nt e d a m e a n s of e sti m ati n g r e ali sti c vi br ati o n- i n d u ci n g l o a d s d uri n g s hi p-i c e i nt er a cti o n s.


T h e v e s s el’ s o w n er h a s e x p eri e n c e wit h e x c e s si v e vi br ati o n o n a n o ut g oi n g i c e br e a k er a n d h a s s o u g ht t o m a n a g e t h e pr o bl e m wit h t h e r e pl a c e m e nt v e s s el. T hi s a n al y si s c o n si d er e d b ot h i c e br e a ki n g l o a d s o n h ull pl ati n g a s w ell a s i c e - milli n g l o a d s.


T h er e i s v er y littl e lit er at ur e o n h o w t o d e v el o p a p pr o pri at e l o a d s a n d fr e q u e n ci e s f or i c e br e a ki n g a n d i c e milli n g vi br ati o n s a n al y si s. A n i niti al att e m pt b y t h e cli e nt t o u n d er st a n d t h e i c e l o a d s w a s t o u s e e xtr e m e l o a d s m e a s ur e d fr o m ot h er i c e br e a k er s a n d t h e n r e p e at t h e m a s a vi br ati o n - i n d u ci n g e x cit ati o n f or c e. T hi s r e s ult e d i n t h e d e si g n f aili n g m o st of t h e a c c e pt a n c e crit eri a.


A q u e sti o n of s c al e T o o bt ai n a u s e a bl e d at a s et, H E T C e m pl o y e d a n a p pr o a c h t h at w o ul d s e e k t o s c al e d o w n t h e hi g h l o a d s t o a m or e r e ali sti c l o a di n g s c e n ari o. Fr o m a n e n gi n e eri n g st a n d p oi nt, s c ali n g d o w n a l o a d i s m u c h h ar d er t h a n s c ali n g it u p, a n d t hi s pr oj e ct r e q uir e d H E T C t o a d a pt s o m e e xi sti n g a p pr o a c h e s.


U si n g t h e pri n ci pl e s d e v el o p e d f or f ati g u e a s s e s s m e nt s, t h e o n c e -i n - a-lif eti m e d e si g n l o a d s w er e s c al e d d o w n t o l e v el s m or e s uit a bl e f or i c e br e a ki n g a n d pr o p ell er milli n g-i n d u c e d o s c ul at or y l o a d s.


H E T C e st a bli s h e d t h e l o a d l o c ati o n s / dir e cti o n s b a s e d o n p h y si c s a n d pr o b a bl e l o a d p at h s a s a r e s ult of i c e - h ull a n d i c e - pr o p ell er i m p a ct s. T h e fr e q u e n c y f or b o w l o a di n g d uri n g i c e br e a ki n g w a s e sti m at e d u si n g t h e d e si g n i c e c o n diti o n s a n d i c e m e c h a ni c s c o u pl e d wit h t h e i c e br e a ki n g


2 0


Fi g u r e 1: S k et c h of a p r o p ell e r milli n g i c e, f r o m t h e aft l o o ki n g f o r w a r d


p erf or m a n c e of t h e v e s s el. T h e l o a di n g f or t h e b o w w a s d et er mi n e d u si n g s o p hi sti c at e d i c e m e c h a ni c s a n d a d y n a mi c cr u s hi n g t o fl e x ur e f ail ur e m o d el.


T h e l o a d ri s e ti m e w a s d et er mi n e d u si n g i c e - cr u s hi n g a n al y si s u p t o t h e p oi nt of t h e o n s et of fl e x ur al f ail ur e w hil e t h e v e s s el w a s o p er ati n g at d e si g n s p e e d. T h e u nl o a di n g w a s t a k e n a s a mirr or of t h e l o a di n g. T h e n, l o a d s w er e r e p e at e d at a fr e q u e n c y c orr e s p o n di n g t o t h e c al c ul at e d c u s p l e n gt h. Ri d g e -r a m mi n g l o a d s ar e m u c h hi g h er, b ut d o n ot c o nti n u o u sl y r e p e at, t h er ef or e w er e n ot c o n si d er e d i n t hi s a s s e s s m e nt. R a m mi n g l o a d s ar e c o n si d er e d i n t h e f o u n d ati o n a c c el er ati o n r e q uir e m e nt s i n t h e A B S P ol ar Cl a s s R ul e s.


T h e fr e q u e n c y f or t h e pr o p ell er i c e - milli n g l o a d s w a s si m pl y d e fi n e d a s t h e bl a d e or d er fr e q u e n c y.


T h e l o a di n g f or t h e pr o p ell er s w a s e sti m at e d u si n g a pr o b a bili sti c i c e i nt er a cti o n s c e n ari o. T h e p e a k ( o n c e i n a lif eti m e) l o a di n g fr o m t h e A B S M ari n e V e s s el R ul e s w a s s c al e d d o w n u si n g a si mil ar a p pr o a c h u s e d i n f ati g u e a s s e s s m e nt s a n d a p pli e d i n b ot h t h e ti m e- d o m ai n a n d fr e q u e n c y- d o m ai n.


H E T C s c al e d t h e i c e l o a d fr o m t h e t h e or eti c al m a xi m u m t o t h e s p e ci fi c s of t h e v e s s el u n d er c o n si d er ati o n t o p erf or m m or e r e ali sti c vi br ati o n a n al y si s d uri n g i c e br e a ki n g o p er ati o n s. T h e r e s ult s d e m o n str at e d t o t h e o p er at or t h at it c o ul d u s e t hi s a p pr o a c h t o m e a s ur e t h e i m p a ct of vi br ati o n o n it s


T H E N A V A L A R C HI T E C T


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