Ideal biegsame meerestechnische Systeme

UNIVERSITÄT ROSTOCK
Modul:
WINTERSEMESTER 2015 / 2016
Ideal biegsame meerestechnische Systeme
Masterstudiengang Schiffs- und Meerestechnik
Technisches Wahlpflichtfach insbesondere für Studierende aus dem:
- Masterstudiengang Maschinenbau
- Masterstudiengang Umweltingenieurwissenschaften
Nummer:
21089
Leistungspunkte:
6
Umfang:
1. Vorlesungen im Umfang von 2 SWS
2. Übungen einschl. Seminare und Laborpraktika im Umfang von 2 SWS
3. Studienbegleitende Belegarbeit im Umfang von 62 Stunden
1 Gegenstand und Lernziele
Gegenstand
Biegsame, massebehaftete und strömungsbelastete schlanke Strukturen treten in verschiedenen Bereichen maritimer Wirtschaftstätigkeit auf. So sind beispielsweise Trossen, Seile oder
Ketten Bestandteile von Ankersystemen der Schiffe, der Halbtaucher in der Offshore-Industrie
oder der Käfigbatterien von Aquakulturanlagen. Flexible Kabel finden ebenso als Schleppund/oder Übertragungsorgan bei geschleppten bzw. autonom angetriebenen Unterwassersystemen Anwendung.
Gedrehte oder geflochtene textile Seile sind Teil riesiger Tauwerksnetze in der industriellen
Hochseefischerei, wobei die größten Vertreter heutiger Netzkonstruktionen über Öffnungsquerschnitte im Hektarbereich verfügen. Umbilicals (Nabelschnüre) finden u.a. als Versorgungsstrang für Unterwasserroboter in der Offshore-Industrie Anwendung.
Tauwerke, Fäden und Netze sind aus Faserstoffen hergestellt. Hierbei handelt es sich entweder um Naturfaserstoffe oder um Chemiefaserstoffe. Von industrieller Bedeutung sind insbesondere Chemiefaserstoffe aus anorganischen Nichtpolymeren (Metallfäden) und synthetischen Polymeren (Polykondensationsprodukte, Polymerisationsprodukte und Polyadditionprodukte)..
Vom Standpunkt der Mechanik unterscheiden sich diese Faserstoffe insbesondere durch ihre
Reißfestigkeit, ihre Biegsamkeit, ihre Masse, ihre Oberflächenbeschaffenheit und ihre Lebensdauer unter den Bedingungen des Seeeinsatzes.
Beispiele aus der Vergangenheit lehren, dass die häufig mangelnde Beherrschung insbesondere der Dynamik strömungsbelasteter Seile und Kabel erhebliche praktische Konsequenzen
haben kann. Eine gebrochene Ankertrosse einer Plattform kann beispielsweise bei schwerer
See eine ernstzunehmende Gefahr für Mensch und Technik darstellen. Die in der Meeresforschung bekannt gewordenen Totalverluste von ROV’s1 waren nahezu ausnahmslos auf falsch
ausgewählte Schleppkabel zurückzuführen.
Die Anwendung von Seil- und Netzkonstruktionen geht weit über den maritimen Anwendungsbereich hinaus. Beispielhaft zu nennen sind die Architektur, die Sicherheitstechnik und sogar
die Weltraumtechnik (hier zum Abfangen vagabundierender Satelliten).
Im Rahmen der Lehrveranstaltung werden verschiedene Berechnungsmodelle zur Voraussage von Durchhangsform und Zugkraft biegsamer Seile und Seilkonstruktionen einschl. Netze
sowie Kabel vorgestellt. Ziel ist es, verschiedene Modellansätze und Lösungsmethoden vorzustellen, die in Abhängigkeit der jeweiligen praktischen Fragestellung ggf. besondere Vorteile
aufweisen können.
Lernziele
Die Studierenden werden befähigt, ideal biegsame, strömungsbelastete Systeme der Meerestechnik, der Meeresforschung, der Fischerei, der marinen Aquakultur sowie der Architektur zu
entwerfen und zu dimensionieren. Dazu werden sie mit verschiedenen, vorrangig theoreti1
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schen Methoden zur Ermittlung relevanter Strömungsbelastungen, Strukturbeanspruchungen,
Formänderungen und Bewegungen ideal biegsamer meerestechnischer Systeme vertraut
gemacht.
Die Studierenden können verschiedene Berechnungsmodelle und Methoden hinsichtlich deren Leistungsfähigkeit und Genauigkeit beurteilen, diese zur Lösung unterschiedlicher Fragestellungen gezielt auswählen und anwenden.
Sie haben es an Hand exemplarischer Anwendungsbeispiele gelernt, theoretische Modellansätze durch geeignete Modellexperimente zu ergänzen bzw. zu validieren.
Die Studierenden vertiefen ihre Kenntnisse im Rahmen des Selbststudiums sowie bei der Bearbeitung einer studienbegleitenden Belegarbeit.
2 Vorlesungsinhalte
1. Strömungsbelastete, flexible Systeme in der Ingenieurpraxis (2 h)
2. Definition und Modellbildung zur Berechnung von Strömungskräften an Seilen und Netzen
(4 h)
3. Belastungen an Seilen und Ketten infolge Kontaktes mit dem Meeresboden (2 h)
4. Modellierung und Berechnung strömungsbelasteter Leinen mit analytischen Methoden,
Untersuchungen zum Einfluss von Biegesteifigkeit und Dehnbarkeit (6 h)
5. Modellierung und Berechnung strömungsbelasteter Leinen- und Netzsysteme bei stationärer Bewegung auf Grundlage der Theorie der Zugsysteme (Tension-Element-Method), Untersuchungen zur numerischen Stabilität, Anwendung impliziter und expliziter Integrationsmethoden (16 h)
6. Modellierung und Berechnung von Leinen und Leinensystemen bei instationären Bewegungen auf Grundlage der Theorie der Zugsysteme (Tension-Element-Method) (14 h)
7. Berechnung ausgewählter Leinen- und Netzsysteme der Meeresforschung, Fischerei und
Aquakultur (12 h)
3 Studienbegleitende Belegarbeit
Zur Vertiefung des erworbenen Wissens wird eine studienbegleitende Aufgabe ausgehändigt,
die im laufenden Vorlesungssemester bearbeitet und das Ergebnis in Form einer schriftlichen
Arbeit eingereicht werden muss. Die anzufertigende Belegarbeit kann in Arbeitsgruppen bearbeitet werden, sofern die jeweilige Urheberschaft erkennbar bleibt. Die Belegarbeit ist Teil der
Abschlussprüfung.
4 Literatur
-
Stengel, H.; Fridman, A.L.: Fischfanggeräte – Theorie und Entwerfen von Fanggeräten der
Hochseefischerei (VEB Verlag Technik, Berlin 1977, 332 S.)
-
Paschen, M.: Theorie und Berechnung von Seil-, Kabel- und Netzkonstruktionen in der
Meerestechnik (Skripten)
5 Vorkenntnisse
Als Vorbedingung werden ausreichende Grundkenntnisse in der Strömungs- und Festkörpermechanik sowie in der Mathematik (Analysis und Vektoralgebra) erwartet.
Studierende, die einen Bachelorabschluss in einer ingenieurwissenschaftlichen Disziplin, in
der Physik oder in der Mathematik erworben haben, werden der Vorlesung ohne erhebliche
Probleme folgen können.
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6 Prüfungen
Die Endnote wird aus dem Ergebnis der studienbegleitenden Belegarbeit (Umfang 62 h) und
der mündlichen Prüfung (Dauer 20 Minuten) in der Gewichtung von jeweilig 50 v.H. ermittelt.
7 Arbeitsumfang
1. Präsenzveranstaltungen während der 14 Wochen à 4 SWS:
– 56 h
2. studienbegleitende Belegarbeit:
~ 62 h
3. Vor-, Nachbereitung, Selbststudium, mündliche Prüfung:
~ 62 h
4. Gesamtumfang:
~180 h
8 Veranstaltungsbegleitende Unterlagen
Skripten, Übungsaufgaben sowie Informationen zum Projekt sind im LehrveranstaltungsManagementsystem https://studip.uni-rostock.de/index.php zu finden. Die erforderliche Zugangsberechtigung erhalten alle Studierenden, die sich in die Veranstaltung einschreiben.
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