A3 – Hydrodynamik von Offshore-Megastrukturen und Wirkungsprozesse in und mit der marinen Umwelt

Kurztitel: Hydrodynamik von Offshore-Megastrukturen

Die auf Offshore-Megastrukturen einwirkenden hydrodynamischen Belastungen und die daraus abschätzbare zu erwartende Lasthistorie stehen als übergeordnete Ziele im Fokus von Teilprojekt A03. Als weiteres Ziel wird die Modellierung der strukturbedingten Strömungsprozesse und Effekte in und mit der marinen Umwelt in enger Verzahnung mit Teilprojekt A04 verfolgt.

Grundlegend herrscht ein gutes Verständnis der hydro- und ozeanographischen Einwirkungen auf konventionelle meerestechnische Infrastrukturen. Die Arbeitshypothese von TP A03 lautet, dass die Dimensionen, der Grad der Verbauung, die Exposition und die Veränderung der klimatischen und submarinen Umgebung von Offshore-Megastrukturen stärkere Belastungen und Effekte im Kontext der Lebensdauer in und mit der marinen Umwelt auslösen. Diese Hypothese besteht vor dem Hintergrund der aus der Theorie und Bemessungspraxis für schlanke und transparente Strukturen bekannten Einwirkungen und Wechselwirkungen, deren Gültigkeit und Aussagevermögen für die Auslegung von Offshore-Megastrukturen entweder nicht nachgewiesen oder unbekannt sind. Auch das gleichzeitige Auftreten einzelner Komponenten aus richtungsabhängigen Wind- und Fernwellen in Kombination mit direktionaler Strömung und deren nichtlinearen Wechselwirkungen sind nur bedingt verstanden.

Die übergeordneten Ziele von TP A03 in Verzahnung mit TP A04 und A05 fokussieren auf ein besseres Verständnis von Welle-Strömung-Struktur-Boden-Interaktionen für das Design und den Betrieb von Offshore-Megastrukturen.

© Ludwig Franzius Institut/ LUH
Abb. 1: Hydrodynamische Einwirkungen aus brechenden Wellen auf eine Jacket-Struktur (WSBM, M1:30)

Methodisch stehen dafür umfassende Forschungseinrichtungen zur Verfügung, um die Erfassung, Modellierung und Bewertung kurzfristiger Einwirkungen aus Wellen und Strömung in großskaligen Modellversuchen durchzuführen, wie beispielsweise das Wellen-Strömungs-Becken (WSBM, Ludwig-Franzius-Institut) und der erweiterte Große Wellenkanal (GWK+, Forschungszentrum Küste). Für einzelne Einwirkungskomponenten werden bereits betriebene hydronumerische Modelle (OpenFOAM) in der Kombination von Wind- und Fernwellen in Überlagerung mit Strömung zu einem komplexen Komponentenmodell für Offshore-Megastrukturen ausgeweitet und anhand der im Labor erzielten Messdaten validiert.

Folgende Fragen sollen, auch über die erste Förderperiode hinausgehend, adressiert werden:

  1. Welche richtungsabhängigen, sich verstärkenden Einwirkungen aus Wind- und Fernwellen in Überlagerung mit Strömungen dominieren die hydrodynamischen Belastungen von Offshore-Megastrukturen?
  2. Wie lassen sich diese komplexen kurzfristigen, überlagerten hydrodynamischen Einwirkungen in einem reduzierten Komponentenmodell vereinfachend und mittels Beschleunigungsfaktoren erfassen?
  3. Wie groß sind die Auswirkungen von Belastungsänderungen infolge zukünftig variierender metocean und morphologischer Bedingungen über den Lebenszyklus einer Offshore-Megastruktur?

Diese Zielstellungen werden systematisch in TP A03 in Verzahnung mit weiteren Zielen von TP A04 in gemeinsam zu erstellenden und betriebenen Modellen im Labor und in der Numerik untersucht. TP A03 steht außerdem im Cluster Einwirkungen aus Wind und Welle in starker Rückkopplung mit TP A05 und liefert wesentliche Erkenntnisse, Informationen und Daten für den digitalen Zwilling.    


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