Modale und strukturelle Analysen im Schiffbau mit Beschleunigung- und Modalsensoren

Strukturschwingungen können die Schiffsstruktur, die Lebensdauer der Schiffsausrüstung sowie auch den Reisekomfort beeinträchtigen und zu nachhaltigen Schäden führen. Messtechnik von Kistler liefert Ingenieuren die für eine modale und strukturelle Analyse von Schiffskonstruktionen benötigten Daten. Die dabei erhaltene definitive Beschreibung des Ansprechverhaltens der Struktur lässt sich in der Folge mit den Designspezifikationen abgleichen.

Auf hoher See sind Schiffe ständig wechselnden Lasten in Form von Starrkörperbewegungen und -verformungen durch den Seegang ausgesetzt. Hierbei wird zwischen zwei Arten von Verformung – dem quasistatischen und dem dynamischen Verhalten – unterschieden. Das dynamische Verhalten eines Schiffs lässt sich anhand seiner modalen Parameter beschreiben. Zwei der maßgeblichen Aspekte des dynamischen Verhaltens von Schiffen stellen Springing und Whipping dar. Unter Springing versteht man die stationäre Resonanzschwingung des Zwei-Knoten-Biegemodus als Reaktion auf eine kontinuierliche Wellenbelastung, Whipping ist die transiente elastische Schwingung des Schiffsrumpfs. Schwingungen vom Whipping-Typ führen in der Regel zu stärkeren Beschleunigungen mit der Folge höherer Belastungen und einer rascheren Materialermüdung.

Beschleunigungssensoren sind das Mittel der Wahl, um das Signal zum dynamischen Verhalten eines fahrenden Schiffs zu messen. Bei dieser Art von Betriebsschwingungsanalyse (operational modal analysis, OMA) gelangen sowohl Standard-Beschleunigungssensoren als auch wasserdichte der Schutzart IP68 zum Einsatz. Sie müssen jedoch einige wichtige technische Anforderungen erfüllen: Wasserdichtigkeit (mitunter bis zu 10 bar), geringe Größe und Leichtbau (zur Vermeidung von Massenbelastungseffekten), grossem Frequenzbereich sowie geringes Rauschen zur Messung selbst schwächster Signale.