Fjädrande

Fjädrande som en nautisk term hänvisar till globala (vertikala) resonanta skrovbalkvibrationer som induceras av kontinuerlig vågbelastning . När de globala skrovbalksvibrationerna uppstår som ett resultat av en impulsiv vågbelastning, till exempel ett vågsmäll i fören ( fören-slammande) eller aktern (aktern-slammande), betecknas fenomenet med termen piskning. Fjädring är ett resonansfenomen, och det kan uppstå när den naturliga frekvensen för fartygets 2-nods vertikala vibration är lika med vågens mötesfrekvens eller en multipel därav. Piskning är ett övergående fenomen av samma skrovbalksvibrationer på grund av överdriven impulsbelastning i fartygets för eller akter. Den naturliga frekvensen med 2 noder är den lägsta och därmed det mest dominerande resonansläget, vilket leder till variationer i skrovbalkens spänningar, även om i teorin även högre vibrationslägen kommer att exciteras.

Fjäderinducerade vibrationer kan redan förekomma i låga eller måttliga sjötillstånd när resonansförhållanden uppstår mellan våglängder som finns i vågspektrumet och skrovbalkens naturliga lägen, medan piskning vanligtvis kräver grova sjötillstånd innan den mycket lokalt förekommande smälleffekten har tillräcklig energi för att excitera de globala strukturella vibrationslägena.

Den hydrodynamiska teorin om fjädring är ännu inte helt förstådd på grund av den komplexa beskrivningen av ytvågorna och strukturens interaktion. Det är dock välkänt att större fartyg med längre resonansperioder är mer mottagliga för denna typ av vibrationer. Fartyg av denna typ omfattar mycket stora råoljefartyg och bulkfartyg , men möjligen även containerfartyg . Den första erfarenheten av detta fenomen var relaterad till utmattningssprickor på 700 ft Great Lakes bulkfartyg under 1950-talet. Senare 1000 ft Great Lakes bulkfartyg upplevde samma problem även efter att hållfasthetsspecifikationerna ökade. Stora sjöns bulkfartyg är vanligtvis ganska trubbiga och smala fartyg (längd till breddförhållande på 10) som seglar med grunt djupgående vilket resulterar i långa naturliga perioder på cirka 2 sekunder. Detta läge kan exciteras av korta vågor i vågspektrumet. En ganska fullständig översikt över fullskaliga erfarenheter och relevant litteratur om springing finns i referenser och.

Containerfartygen är slankare, har högre tjänstehastigheter och har mer uttalade bovbloss. Containerfartyg är också kända för att uppleva betydande piskande ( transienta ) vibrationer från bogkollisioner. Trubbiga fartyg kan också uppleva piskning, särskilt vid stötar med platt botten i förområdet. Den nedre delen av fören kommer dock sällan ut ur vattnet på sådana fartyg. Vibrationer från piskning kan också öka den extrema belastningen av fartyg, vilket potentiellt kan leda till att fartyg går sönder i två delar i kraftiga stormar.

I extrema fall kan fjädring orsaka allvarliga utmattningssprickor av kritiska strukturella detaljer, särskilt i måttlig till grov sjö med låga toppperioder. Vibrationer exciteras normalt lättare av vågor i ballasttillstånd än i lasttillstånd. Det omvända kan också vara sant eftersom vissa fartyg upplever mer motvind och vågor i ballastförhållanden, medan andra fartyg kan uppleva mer motvind och vågor i lasttillstånd och därmed vibrerar mindre totalt sett.

Oceangående fartyg har inte haft detta problem förrän nyligen, då stål med hög draghållfasthet introducerades som ett vanligt material i hela fartyget för att minska initialkostnaderna. Detta gör fartygen mindre styva och den nominella spänningsnivån högre.

Dagens fartygsspecifikationer tar inte hänsyn till fjädring, vilket kan vara den dominerande utmattningsfaktorn för vissa fartyg.