2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16199Arctic shipping and operations are increasing in ice-covered waters. However, the spatial and temporal variations in the pressure resulting from the ice-structure interaction are not analysed methodically for a wide range of impact velocities for distinct ice types. To obtain design loads, long-term measurements on board of vessels have been carried out where various parameters remain unknown, such as the prevailing ice conditions causing the load. Therefore, ships transiting in ice-covered waters suffer from structural damages frequently. Consequently, this first stage of the project will carry out large-scale ice-structure interaction experiments in controlled laboratory conditions with interphase pressure measurements and experiments to characterise the basic laboratory ice properties. These experiments will become possible with the 4 MN large-scale test frame located at the applicants institute. Thereby we will be able to carry out ice-structure interaction experiments against rigid and deformable structures. The latter will allow us to identify the influence of the structural stiffness on the spatial and temporal variations in the loading. Furthermore, the ice mechanical properties will be identified with a series of smaller scale measurements, which will also allow for the assessment of the scalability in the load variations. This will further contribute to the understanding of the stochastic nature of the loading histories relevant for design ice loads, because the mechanical ice properties causing a distinct variation in ice load will be known and can consequently be altered methodically. As a result, these experiments shall form the basis of a multi-scale computational simulation environment where this first stage of the project will provide the essential large-scale ice-structure interaction knowledge by measuring basic ice and steel material parameters in combination with the spatial and temporal load variations. Since, currently no material model exists being able to account for the full-scale behaviour of ice resulting in accurate loads, we will hereby provide a basic set of parameters to be used to develop one in stage two of this project. Hence, as a result of the entire project we will seek to develop such multi-scale computational environment to simulate ice-structure interaction numerically.Schifffahrt- und Offshore-Einsätze in der Arktis, und somit in eisbedeckten Seegebieten, nehmen kontinuierlich zu. Die räumlichen und zeitlichen Lastschwankungen, die durch die Eis-Struktur-Interaktion entstehen, sind jedoch nicht hinreichend für relevante Aufprallgeschwindigkeiten und verschiedene Eis-Typen untersucht. Entwurfslasten wurden üblicherweise mit Langzeitmessungen an Bord von Schiffen durchgeführt. Hierbei liegen jedoch keine Angaben über eine Vielzahl von relevanten Einflussfaktoren vor, wie zum Beispiel die dominierenden Eisbedingungen und die mechanischen Eiseigenschaften, die zur relevanten Lasteintragung führten. Folglich treten an Schiffen die durch eisbedeckte Seegebiete gefahren sind immer wieder schwerwiegende Strukturschäden auf. Aus diesem Grund sollen in dieser ersten Projektphase Großmaßstabsversuche unter Laborbedingungen zur Eis-Struktur-Interaktion durchgeführt werden, um hierbei die Interaktionsdrücke sowie die mechanischen Eigenschaften des Eises zu ermitteln. Diese Experimente werden durch die einzigartige 4 MN Versuchsanlage möglich, die sich am Institut des Antragstellers befindet. Hierbei sollen Versuche mit starren und verformbaren Strukturen durchgeführt werden, um den Einfluss der Struktursteifigkeit auf die räumlichen und zeitlichen Lastschwankungen zu ermitteln. Die mechanischen Eigenschaften des Eises werden mit einer Serie von Kleinproben ermittelt, wodurch wir ebenfalls in der Lage sein werden Aussagen über die Skalierbarkeit der Lastschwankungen treffen zu können. Dies wird weiterhin zu einem besseren Verständnis der stochastischen Schwankungen innerhalb Langzeitmessungen führen, da wir die mechanischen Eigenschaften des Eises mit den gemessenen Lastschwankungen korrelieren können und diese systematisch ändern können. Hierdurch werden diese Experimente die Grundlage für eine mehr-skalen Simulationsumgebung bilden. Dies wird erreicht in dem diese erste Projektphase essentielles Wissen über die Eis-Struktur-Interaktion durch Messung der mechanischen Eigenschaften des Eises und des Stahls in Kombination mit den räumlichen und zeitlichen Lastschwankungen liefern wird. Ferner gibt es gegenwärtig kein Materialmodel, welches in der Lage ist das Verhalten von Eis im Großmaßstab abzubilden und deshalb für eine genaue Lastereintragung verwendet werden könnte. Folglich wird dieser erste Projektabschnitt notwendige grundlegende Materialparameter ermitteln, um anschließend in der zweiten Projektphase ein entsprechendes Materialmodel zu erhalten. Im Rahmen des gesamten Projektes streben wir folglich danach eine mehr-skalen Simulationsumgebung zu entwickeln, um die Eis-Struktur-Interaktion zukünftig numerisch betrachten zu können.