Wood Thilsted verwendet FEA-Software mit Automatisierungsfunktionen, um langlebige Bootsanleger effizienter zu entwickeln und so Materialkosten und Zeit zu sparen.

GÖTTINGEN (3. September 2024) - Bei der Planung von Anlegestellen für Offshore-Windkraftanlagen müssen starker Wellengang, die Belastung durch 200 Tonnen schwere Wartungsschiffe, die Sicherheit der Arbeiter und die Langlebigkeit berücksichtigt werden. Die Anleger müssen stabil sein, aber ihre Stabilität kann nicht einfach durch die Verwendung von mehr Stahl erhöht werden: Mehr Material ohne die richtigen Informationen als Entscheidungsgrundlage würde das Projekt unnötig verteuern. Aus diesem Grund hat Wood Thilsted, ein führendes Ingenieurbüro, das sich auf Offshore-Windenergieprojekte spezialisiert hat, die Strukturanalyse mit Automatisierung in seinen Designprozess integriert. Dank des effizienten Arbeitsablaufs bei der Konstruktion, Prüfung und Validierung kann das Team neue Anlegestellen in nur wenigen Monaten entwerfen - und darauf vertrauen, dass sie 30 Jahre lang halten.

Ein Schiff, das am Terminal einer Windkraftanlage anlegt.

Anlegestellen bestehen aus Leitern, Fendern, Stiften und vielen anderen Komponenten, die alle zusammen konstruiert und getestet werden müssen. „Die Herausforderung bei der Konstruktion besteht darin, dass wir eine Reihe von Anforderungen mit verschiedenen Lastfällen haben, die sich widersprechen. Ich kann viel Zeit damit verbringen, einen Aspekt des Designs zu optimieren, nur um dann festzustellen, dass es für einen anderen Designfall nicht funktioniert“, sagt Bendtsen. „[Für Konstrukteure bedeutet das,] dass sie eine breitere Perspektive auf das Design als Ganzes haben müssen und sich nicht zu sehr auf ein kleines Detail konzentrieren können, weil es einfach nicht funktionieren wird.“

Die Software COMSOL Multiphysics^® hilft Wood Thilsted dabei, einen ganzheitlichen Ansatz für die Bewertung der Leistung seiner Offshore-Bootsanleger zu wählen. Das Designteam verwendet die FEA-Software, um die maßgeblichen Lastfälle jeder potenziellen Lösung zu modellieren: die ULS-Welle (ultimate limit state), die die maximalen Kräfte darstellt, die ein Bootsanleger während seiner voraussichtlichen Lebensdauer erfahren wird, und die FLS-Welle (fatigue limit state), die die kumulativen Auswirkungen von 30 Jahren Wellengang und Besatzungstransfers darstellt.

„Wir verwenden COMSOL^®, um schnell und einfach zu berechnen, wie hoch die Spannungskonzentrationsfaktoren (SCFs) unserer Bootsanleger sind, und um diese während des gesamten Projekts zu verfolgen“, so Bendtsen. Um potenzielle Designs weiter zu validieren, arbeitet ihr Team mit dem Primary Steel Team von Wood Thilsted zusammen, um Feedback zu den SCFs und den Grenzen der verwendeten Materialien zu erhalten. Um Prozesse wie die Anwendung von Lasten, die Einstellung von Materialeigenschaften und die Auswahl des Analysetyps zu automatisieren, verknüpft das Team die Software COMSOL Multiphysics mit der Software MATLAB^®.

„Mit COMSOL Multiphysics^® erhalten wir die Spannungen automatisch und verbinden diese Daten dann mit [dem COMSOL Add-On-Produkt] LiveLink™ for MATLAB^®“, so Bendtsen. „So können wir unsere eigenen Skripte schreiben, die Spannungen und Dehnungen extrahieren und alle Ergebnisauswertungen für die verschiedenen Lastfälle durchführen. Dadurch gewinnen wir Zeit, um das Design zu verbessern und uns auf die schwierigen Teile zu konzentrieren.“

Das Erstellen und Speichern von Informationen über bestimmte Bauteile bedeutet, dass das Team die Simulationen für normale Wellenlasten sowie für unerwartete Schiffseinwirkungen optimieren und automatisieren kann. „Die Software bietet viele Möglichkeiten zur Automatisierung, und das ist für uns wirklich von Vorteil, weil wir all diese Lastfälle haben, die ähnlich, aber unterschiedlich sind“, sagt Bendtsen.

Eine Bibliothek mit benutzerdefinierten Geometrieteilen, die in COMSOL Multiphysics gespeichert sind, ermöglicht Wood Thilsted einen effizienten Designansatz. Mithilfe der Funktionen der Software zur Reproduktion der komplexen Geometrien gespeicherter Designs und ihrer Parametrisierung kann das Team von Wood Thilsted neue Bootsanlegerdesigns Stück für Stück erstellen und dabei einen Teil eines Designs gegen einen anderen austauschen.

Dieser Ansatz ermöglicht es dem Team auch, aus mehreren Konfigurationen für jedes Teil zu wählen und so zum Beispiel Gelenkarten und Winkel zu ändern. Durch die Änderung eines entsprechenden globalen Geometrieparameters ist das Team in der Lage, mehrere ähnliche Bauteile gleichzeitig zu ändern. Bendtsen erklärt: „Unsere Projektteams sind agil und schnell. Wir können Designänderungen innerhalb von Stunden statt Wochen bearbeiten und so die stahleffizientesten Designs mit hoher Geschwindigkeit umsetzen."

Der effiziente Designprozess für Bootsanleger von Wood Thilsted wird in der COMSOL User Story Gallery ausführlicher beschrieben.

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