Probabilistische Analyse der nichtlinearen Dynamik von Schiffen im natürlichen Seegang

Abstract

Die International Maritime Organization (IMO) verweist in ihren aktuellen Richtlinien zur Bewertung der Stabilität intakter Schiffe auf die Notwendigkeit von verbesserten Kriterien zur Bewertung der Schiffssicherheit unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens im natürlichen Seegang. Aus dieser Notwendigkeit heraus werden in dieser Arbeit neue Wege zur Analyse der nichtlinearen Dynamik von Schiffen im natürlichen Seegang aufgezeigt. Der natürliche Seegang weist eine unregelmäßige Wasseroberfläche auf, die aus vielen Einflüssen resultiert, denen das Meer ausgesetzt ist. Diese Einflüsse können im Allgemeinen nur statistisch erfasst werden. Mit der vorgestellten Theorie ist es möglich, probabilistische Ergebnisse zur Vorhersage der Stabilität und der nichtlinearen Dynamik von Schiffen effizient zu bestimmen. Dabei werden funktionale Zusammenhänge bestimmt, mit denen die Gefährdung des Schiffes im natürlichen Seegang bewertet werden kann. Damit wird ein Beitrag zur Verbesserung der Sicherheit des Schiffes geleistet. Um dieses Ziel zu erreichen, werden bestehende Methoden weiterentwickelt. So ermöglicht eine neue Formulierung der stochastischen Mittelung der Energie eine einfachere Darstellung der stochastischen Differentialgleichung für die Energie der Schiffsdynamik. Gegenüber früheren Ergebnissen werden Anregungen durch nicht-weiße Gauß-Prozesse berücksichtigt, welche aus der Fluid-Struktur-Interaktion des Schiffes im natürlichen Seegang herrühren. Mit den Lösungen lassen sich stochastische Momente beliebiger Ordnung für Erstüberschreitungszeiten der Rollenergie effizient bestimmen. Diese Ergebnisse sind grundlegend und lassen sich auch für nichtlineare Schwinger anwenden, deren ungestörte Dynamik gegenüber der Dynamik der Anregung und Dämpfung dominiert.