Kort nieuws
Imotec helpt Damen bij modellering baggersysteem
8 november 2011
Het Hengelose Imotec heeft een model opgesteld om het dynamisch gedrag van de nieuwe baggerunit van Damen Dredging Equipment te kunnen analyseren. De baggerspecialist heeft voor het winnen van zand of erts tot tweehonderd meter diepte een nieuwe methode ontwikkeld. In tegenstelling tot de traditionele stalen zuigbuis gebruikt Damen bij deze Roro Dredge-aanpak een flexibele zuigbuis met aan het eind in het water een baggerunit en aan het eind aan boord een grote haspel. De zuigbuis en baggerunit worden door middel van kabels heen en weer bewogen. Behalve dat Damen zo dieper kan baggeren, is een belangrijk voordeel dat de lengte van het schip niet meer hoeft te worden afgestemd op de lengte van de zuigbuis zoals bij eerdere oplossingen. Bovendien past de apparatuur voor de flexibele zuigbuis op verschillende schepen zodat geen speciaal schip hoeft te worden ontworpen.
Imotec heeft voor Roro Dredge een werkwijze ontwikkeld waarmee snel en nauwkeurig de interacties kunnen worden gemodelleerd en gesimuleerd. De werkwijze is gebaseerd op modelreductie, een strategie die erop is gericht om vooral het dominante dynamische gedrag van de interactieve systemen te beschrijven. Hierbij laat Imotec hoge-orde- en vaak niet-lineaire dynamische processen buiten beschouwing, omdat hun invloed op het dynamische interactieve gedrag te verwaarlozen is. Belangrijk voordeel van deze benadering is dat de benodigde rekentijd veel korter is dan bij bijvoorbeeld cosimulatie of modeluitbreiding waar alle interacties in het model worden meegenomen. Kortere reken- en simulatietijd betekent dat er veel meer mogelijkheden zijn om aanpassingen in het ontwerp door te rekenen. Het ontwerpproces is daarmee inzichtelijker, flexibeler en efficiënter, somt Imotec de voordelen op. Aanpassingen zijn in een vroegtijdig stadium van het ontwerp door te voeren.
Bij de start van het ontwerp heeft Imotec een numeriek model opgesteld van het complete concept, met als belangrijkste elementen het schip, de zuigkop, de drie kabels waaraan die kop is bevestigd, de zuigbuis, de bodemwrijving van de kop en de waterkracht erop. Simulatie met dit basismodel gaf al inzicht in de plekken op het schip waar de kranen voor de kabels moeten staan en welke kranen moeten worden uitgerust met actieve of passieve hefcompensatie.
Bij het maritieme centrum Marin in Wageningen zijn vervolgens sleeptanktests uitgevoerd met een schaalmodel van het complete systeem. Hierbij keken de ontwikkelaars onder meer naar de impact van de trillingen op de zuigbuis tijdens het baggeren, de stabiliteit van het baggersysteem (zuigbuis, zuigkop en kabels) en het effect van de golven en bewegingen van het schip op het baggersysteem. Uit die tests kwam naar voren dat het geobserveerde gedrag al goed overeenkwam met de gesimuleerde data. Door iteratief kleine aanpassingen in het model door te voeren, konden in dat stadium de grote lijnen voor het definitieve ontwerp worden vastgelegd.
Imotec laat hoge-orde- en niet-lineaire dynamische processen buiten beschouwing omdat hun invloed op het dynamische interactieve gedrag te verwaarlozen is. Dit bespaart rekentijd, waardoor veel meer mogelijke configuraties zijn te proberen.
Juist vanwege de integrale ontwerpbenadering bleef het gedrag van sommige essentiële elementen nog onderbelicht. Met name het dynamische gedrag van de zuigkop was nog maar beperkt geëvalueerd en gevalideerd. Het complete model is hiervoor ook niet geschikt. Het vergt veel te veel rekenwerk om vanuit die totaalbenadering dit specifieke gedrag te onderzoeken. Imotec heeft daarom modelreductie toegepast. De belangrijkste vereenvoudiging was het gedrag van het schip: de beweging van het schip is losgekoppeld van de dynamiek van de kabels en de zuigkop. Hierdoor was Imotec in staat om nauwgezet de krachten op de kop te beschrijven en in het model te verwerken. Zowel het statische als het dynamische gedrag van kabels en kop is hiermee beschreven in een model. Simulatie- en validatiestappen waren door de relatief korte rekentijd snel uit te voeren. Imotec kon zo een hele set experimenten uitvoeren, waarbij het door variatie van afzonderlijke parameters snel tot een optimaal resultaat kon komen.
Op basis van de simulatie- en testresultaten met het ‘gereduceerde’ model kon Imotec verschillende modificaties in het ontwerp voorstellen aan Damen. Zo is bijvoorbeeld de bevestiging van de drie kabels op het schip aangepast zodat de interferentie tussen buis en kabels minimaal is. Ook aan de zuigkop zijn de nodige aanpassingen doorgevoerd, zoals de massaverdeling en de configuratie van de zuigkop.