Einleitung:
Für atomar angetriebene Sdiffe interessieren nidat nur Breite und Tiefe der unmittelbaren BescMdigungen bei Sdjiffszusammenstößen, sondern besonders rids die dabei auftretenden Beschleunigungen für die Ermittlung der
ent-sprechenden Trägheitskräfte an den einzelnen Teilen des Sdiiffsreaktors. Dic Beschleunigungen interessieren jedoch auth nodi allgemein ini Schiffbau, z. B. für die Bemessung und Nadiredinung von Fundamenten, Aufhängungen, Halte-rungen [3]. Es ist hier an die Beschleunigungen der Sdiiffe
als Ganzes genauer noch: ihrer Schwerpunkte) gedacht, nicht an die natürlich erheblich größeren rein örtlichen Be-schleunigungen im Zerstönmgsbereíth.
Der Versuch, für den konkreten Fall zweier Schiffe (B rammt A in ganz bestimmter Weise mit einer bek3nnten Geschwindigkeit) die Besdileunigungen im voraus its er-mitteln, set voraus, daß man die Eindringtiefe ineinander kennt (unter Eindringtiefe wird hier die Annähenrng der Schiffe seit erster Berührung verstanden) und eine Annahme über den wahrscheinlichen Verlauf der zerstörenden Kraft zwischen den Schiffen macht. Mit [1] ist esne statistische Methode zur Vorausabsdiatzung der Eindringtiefe im konkret arrgenornrnenen Kolitsionsfall vorhanden. Da nun bekannt-lidi die Größe der Zerstörungsenergie unter der praktisch richtigen Annahme eines rein plastischen Stoßes, ohne Unter-suchung des Stoilvorganges seIlt, nur aus den Aufprall-geschwindigkeiten und den beteiligten Massen geschlossen werden kann, ist bei Annahme eines wahrsdieinlithen Ver-laufs (1er Stoßkraft über dem jeweiligen Eindringweg, der his zur beredmet Eindringtiefe anwächst, auch die Größe der Stoßkraft in threr Abhängigkeit vom jeweiligen Ein-dringweg leicht zu ermitteln. Aus diesen Stoßkräften kann bei Vernachlässigung der Wasserwiderstände der Schiffs-körper einfach auf die Beschleunigung geschlossen werden; aher auch bei Berüdcsiditigung des Wasserwiders tandes können cue wirksamen Beschleunigungen auf einem nodi recht kurzen Redienweg abgeschätzt werden.
Redsenweg i (Vernadiliissigung des Waueiwiderstandes): Zwischen der Widerstandskennzahl R, die von der Ein-dringtiefe abhängt, und der Zerstôrung'senergle A E 'besteht
¿ jew,ilig,r Bezugspunkt angenommene Beziehung E -'- P -empirisch. Beziehung.
tEr 1141R'
3355000m kgtiadi [1] eine etwa proportionale Beziehung (Abb. 1):
(1)
Daher kann auch das Differential der Zerstörurtgsenergie gegen den Eíndringweg
dAE
als proportional zumDiffe-) Ge Ldit fur Krmenerqzverwer:ung n Schifíbnu und Sdil!ahr5 m'5}f.. Geeethadit
Sd.if f und Hafen 1961, H. 11
rential der Widerstandakenuzahi gegen den Weg R an-genommen werds. Das bedeutet aber, daß die Zerstörungs-kraft P proportional zu einem i d e e Il e n, jeweils sich berührenden, zerstörenden Querschnitt des Sdsiffskörpers Q ist:
dAE
dRds
ds
(2)Dieser ideelle Zerstörungsquersdrtiitt wird unter anderem bestimmt von den Vorsdiiffslimen ¿es ranimenden Schiffes. Ist das Vorschiff ins Bereich der Beschädigung nodi keil-förmig ohne erhebliche Rundung zum Mitte'schiff hin, wan fast immer der Fall sesn wird, und setzt man ferner voraus, daß die Deds und ggf. die Längssthotte durch doe ganzen Sthadensbereich laufen, so kann man im allgemeinen wohl eine proportionale Zunahme der Kraft P mit ô.em
Eindring-dR weg annehmen. Sonst ist eben eine Funktion
ds
ef(s)
für den zu behandelnden Fall zu ermitteln, was einfach möglida ist; P f (s) hat d'mn einen dazu ä}uslidsen Verlauf
(,ähnh Cit im znatheniatisthen Sinne des Wortes). Mit den Maximaiwerteri dieser Kurven mas. und mas. P, sowie der größten Eindringtiefe s,,, der dazugehörigen Wider-standskennzahl B,, und der Zerstörsmgsarbeit A E ergibt sich die größte Stoßkraft zu
dR max. rnax.P=
R0
AF
Bei proportionaler Zunahme von
maximal max. hA = mas.
ds
dRAE
(3)Ansciiätzunq
y.
'-ider durd Schiffskolllslon hervorgerufenen Besdi1Jgej
Von G. Woisin)
si, R,,
dR
ds mit dem Eindring-weg s ist max. s,,/R0 2, so daß dann maz. P
2 . A E/a,, betrt.
Aus diesen maximalen Stoßkräften kann nun auf die mas imaic.n Beschleunigungen geschlossen werden, da
max. P niax.b
-;1l- (4)
beträgt. Bei den Massen fll sind die hydrodynamischen Zn-satzinassen zumindest beim gerainmten Schiff zu berüdc-siditigen. Dents in Sthiffsquerriditung betragen diese etwa die Hälfte der Eigeninasse des Schiffes, während sie in Sdiiffslärsgsrithtung nur kleine Bruchteile der Eigenmasse lictragen.
R ecli enheispiel
Ein 32000 t1 (Verdräugungs-tonnen) großes Atornithiff wird von einem gleich großen Schiff mit 15 kn Geschwindigkeit im Bereich des Seiten-kolltsiorsssthutzes neben dem Sdiiffsreaktor im rediten Winkel gerammt; es ergeben sich nach ji]: die Zerstörungs-energie zu A E 2 10' (Ls kn)t s 55 10' m kg (mitg = 9,81 rn/see'), und die Eindringtiefe zu = (3 Tn; bei dreiedcsförmigem Verlauf der Kurve der Stoßkraft wird dann
max. P = 2
/ E
2 ' 55 '
10' m kg6m
= 18,3 ' 10' kg 18300 t.Die Beschleunigungen betragen für das gerarninte Schiff A.
mas. P 18300 t
1,4 . g 1,4:32O00t g = 0,408 g = 4,00 rn/see2
und für das rammende Schiff B
1021
iE
Energieverlusf bei der Kollision;max. P )ù t max. LU =
-
-g 0,572 g 5.61 ni/see2. Redsenweg 2 (Berüdsithtigung des Wasserwiderstandes): Aus dem hnpulssatz ergibt sith dieGesdìwindigkeit des rammenden Sthíffe B nad km Stoß vh aus jener davo v.
'h
Bei den Massen, besonders
hei 11A' sind wieder die hydro. dynamisthen Zusatzmassen zu berüdsithtigen. Die Trägheits-kraft ist dann entgegengesetzt gleth der
Differenz zwisdsen Stoßkraft und
Wasserwiderst.andskraft und die B.esthleuxsi-gung eu tprethend
PWA'
max. h. g (4a), bzw. max. h8-
g (4b). Für das rasn&neiide Sthif fB ist dersseridertand im
Verhältnis uiierhblith groß. Dessen Einfluß für dsis ge-rammte Sthiff wird an dem bereits für den 1.
Redienweg demonstrierten Beispiel vorgeführt:
1.025 t/mi = ---- F 1,00 2 9,81 msee' Vh =
1022
D1A 1,41432000t
g 0,389V VV (5) 180 m - 9,6 ni 0,98 = 88.8 1.0 km m 1,0 + 1,4 15 kn 8,2,5 ko1l,57---
3,125-ts&
in2W'
88,6 3,125!- 868 t
in5 sec2 18300 t 866 t max. bA flI g 3,81--sec5Der Einfluß des Wasserwiderstandes ist
also auth beim
geramniten Sthiff retht klein (im Redsesifall ca.
5 '11e der
Besthleunigung). Ranunen einer Kairnauer
Die Besdileunigungen sind aro xmmenden Sdiiff also wesentlith gr6ßer als am gerammteu. Ein Extremfall ist hier das Rammen einer
unendlid großen Masse, wie sie etwa eine starre Kairnauer darstellen würde. In diesem Fall wird also die gesamte kinetisthe Energie in Zerstörungsarheit um-gesetzt. wie sith auth aus der Formel 3) der Veröffentlithurig [l} durth Grerizwerthildung ergibt (D Deplacement): .
E =
Dr: ,D,
D,
B 1,43 . D H 1- 2 D1, 2 18) Das senrethte Rammen einer Kaimaner, etwa nath
Ver-sagen der RuderauLage, mit mehr als 10 kn Anlaufgesthwin-digkeit Ist wohl aliszusthließen. Im obigen Rethen,heispiel ist dann
LEV2'32000t'102kn1,6W'tkn'
Diese Zerstörurigsarbeitist zwar gerirsger als
bei ckn
behandelten Rammstoßzwrer gleidi
großer Sthiffe mit 15 ko (2,0 ' 1 t . kn), dodi wird diese
fast nur am
rammenden Sthiff sich auswirken. Es Ist wohl anzunehmen daß das Vorsthiff sim wenigstens 4 irs
.usammengestaudì würde. StiOkraft und Bsthlt-iinigung würden
darm
1,8 6.0
20 40 1,20mal so groE) wie lei dem lieredineten Rainmstoß für das rammencieSchiff.
Es ist zwar buchst unw,ihrstheinlids. jedoch
ianmerhir
denar. daß zwei Schiffe
derart fronttl zusammenstoßecdall s'le nicht seitlich voneinander uegdrehen, un I ,o Stoß mildem. Laufen in einrsn soldiers Falle zwei g1eid-' Schiffe aufeinander, so ergr4'n sich etwa di
glt-niieri 5i kräfte sind Beschleunigungen wie hem
Auflaufen auf Ksìimauer mit der halben lielati egecdswi ndigkeil
der
4eii'i ,eit:,s' Eusu: il
je')
:r,li'.s RdI de,,
Raiwuens (tuer K.asn .,
schätzbar, da in I1J nur der Fall des seit-lidien llaijirrjcns zweier Schiffe untereinander behandelt und statistisch sntersitht wordenist.
DamIt fv}slen audi Unterlagen zur einigermaßen
genauen Berechnung der Stoßkräfte usicl Beschleunigungen
füi den angesprodsenen Kullisionsfall.
Zeitdauer der Besdileunigungen
Die Funktion der Bf'sddeunigung ilber der Zeit ist noch nicht ohne we,tcres bekannt; andererseitskann es wohl ins-besondere für einige Reaktorbauteile'
von Interesse sei-a, zu wissen, wie lange die Besdilennigungen wirken und
welche Zeitdiarakterjstik sie haben.
Für die Ennittung der Fuiktiun 'b (t)
aus jener b (s)
empfiehlt sich ein grapiiisd.er Weg folgender Art (hierzu Abb. 2);
t
-Abb 2
In euieni Koordinaterakreuz
wird auf der
negativen x-Achse die Zeit t aufgetragen, auf der negativen y-Adsse und auf der positivenx-Acbse clic Beschleunigung
b, und auf der positiven y-Adise scuuließtidader Eindrtngweg s. Es handelt sich bei der Beschleunigungum die 2. Ableitung des
Weges s nach der Zeit t, also uni die .knderung der
Annäherungs-geschwindigkeit y der beiden Schiffe während des Stoß-Vorganges.
Es sind nun in einn Verfahren.
ähnlich demPro-jektiorrszeidanen. ztr einergegebenen Kurve b (s) die Funk-tionen s (t) und b (t) zu bestimmen, für die die
B«llnguug
s t) h (t) erfüllt sei
muß. Für die Beziehung s (t) ist der Tangens lin Koordi.natenursprurig
mit der Anfarigsgesthwin-dizkeat v bekannt; und dei Tangens
von b(t) ist am Null-punkt demjenigen von b (s) gleich, da dort mit h0 = O audi
v k- t. gesetzt werden kann. Von diesen
Anfangs-s ausgebend und dìe
Beziehungen s t) und b (t) iterat ermittlhar,
A rerseits lassen sich die
Zeiten des Ramms'toßes in gigskeit vom Weg auch einfach numerisch
ermitteln.
\.
2) -- S. 170--ist die Lösung derDifferentialgleichung f(s):
r
4 C1 (7)
C + 2f f(s)ds
hierin sind C1 = O und U das Quadrat der
Anfangs-geschwindigkeit. Der Wurzelausdrud
Ist offenbar die Ge-sdswirsdigkeit nach dem Weg .s und der Zeit
t.
Sdilußbetraditung: Die in der darResteilten
Weise ahgesthätiten Beschleuni-gungen rind eher zu groß als zu klein gesgenilber
den wirk-lichen Werten, da dieBewegunen der
5ethi rulal i'. tu cien ciiii chädigteic I eilen der Sdutte ver-nad,lüssigt wurden. 1m unmittelbaren Beibgucibereidi treten fa lesoncÌer groIc- Besdilecirciguagen auf, dic
Bc'-adileunigungen der iihrien Scicilfstrile sind dann umso geringer.
Das ibige Redienverfahren ist natiirlidi mit den Verein-fadiungin der in [1 dargestellten empirisdi-statistischen
Methode zur Beredinung der Eindringtiefe im Kallisionsfall belastet. Die Zerstörungsenergie wird zum Beispiel ideali-sicrend für den einfacheren Fall eines geraden zentralen StuRes berechnet: es ist zwar nidit anzunehmen, daß die Geschwindigkeit des gerammten Schiffes erheblidien Emil uil auf die Eindringtiefe hat: dagegen sollte man den Einfluß des Abstandes cies Auftreffpunktes vom Massensthwerpiinkt dr's gemmnten Schiffes auf die Größe der Zerstörungsarbeit und Eindringtiefe zu ermitteln suchen, denn dcr wird redit so unwesentlich sein.
Uher dic Berechnung der Beschleunigungen bei
Schiffs-sllisionn I,ttu statistische oder andersartige Unli'rlagt'ii in den erre'idibarcn Veröffentlichen nicht vor, mit ilenen clic
obigen Ergebnisse verglidaen werden könnten Eine Aus-nahrne stellt licliglidi eine Rechnung fur die Verzögerung
1. Internationaler Kongreß über Sthfflsfestigkeit
(I. International Ship Structures Congress, ISSC) (dasgow, Septesisber 1961
Anfang l9Sís wurde von dem Forschungsausschuß für Sc4iftsfestigkcct der Schíffbauer Japans vorgeschlagen, in
Alisianden von drei Jahren einen internationalen Kcngrefl ctbr Sdiiffsfestigkeit zu veranstalten Dieser Vorschlag fand ini allgemeinen eine günstige Aufnahme; die Bericihungen uni cien internationalen Kongreß über Sduiffsfestigkeit führtei inc .cigust 1959 zu einer erSten vorbereitenden Sitzung in
l)elft, an der Vertreter der wichtigsten Sthiffbauländer teil-ii.cliineui. Unter Vorsitz von l)r, Vedeler, Norwegen, wurde
'i
Entwurf der Richtlinien für den Kongreß ausgearbeitet, nich denen es das Ziel des Kongresses ist, e;ner begrenzten Zahl von Fachleuten aus den verschiedenen Ländern irs ge-eigneten Zeitabständen Gelegenheit zur Erörtenmg gemein-sain interessiereneler Probleme und zum Austausch von Er-fahrungen über Forschungsergebnisse oder laufendeFor-cdsungsarbeiten zu geben. Zum Vorsitzenden des Organi-iticicsaussdiusses für die Planung dea ersten Kongresses
.c i k' als Vertreter des gastgebenden Landes Prof. Cunn von
chi Viiiversität Glasgow gewählt. Für die Vorbereitung von Bcriteii, die auf dem ersten Kongreß in Glasgow als Dis-Lcissiunsgrundlage dienen sollten, wurden drei Ausschüsse
t'htldct:
Ausschuß für Seegangslazten Vorsitz: Prul E. V. Lewis. USA
Auathuß für d-as Verhalten der Schiffe unter Seegangsissteu
Vorsitz: Dr N. Il. Jasper. USA
Ausschuß für die Planung eines larcgfristigess Fursdsuxsgs-programms auf dein Gebiet der Sdìiffsfestigkeit
\ oraitz: N. S. Miller. Grofihntannien
¡lije Berichte dieser Aucditiss sollten einen umfassenden therblidc über den Stand der Kenntnisse
auf den
ver-cdcc»denen TeiIic'hieten geben und nicht unbedingt neue Ri'iträge zur Thoone oder Praxis der Sdiuffskonstruktinn "ntfalten. Damit sollte erreicht werden, dali sich die zu
er-e:, rOil'len Dickce.sicrcen nuit den Grundlagen und Zielen der liii' tnen l'or +cungsprojekte nncl nicht n. len Einzel-'«stirnulti Vs'rscidic' ohr theoretischer 'sri he
c'ines rammencienSchittes in [:3] dar: jedoch sind außer der gewagten Annahme, daß die Verzögerung linear mit dcsr Zeit zunc'hinr (statt mit dem \Veg), audi die anderen Stüdce der Redircing so wilikiirlidu gewählt daß sowohl Redieriweg als audi Ergebnis (max. h 0.9 ' gi redit unsicher sind.
Literatur:
j]]
'si in o r k , V. P. An Analysis of Ship Collisionswith Reference to Protection of Nuclear Power Plants. lournal of Ship Research, volume 3, number 2. October 1959. (Siehe auch [la].)
I la] M i n o r s k y : Eine Studie über Schuffakollisionen mit Bezug auf sdciffbaulithe Sdsutzmaßnahinen fur Kern-erwrgie-Antriehsanlagen.
Schiff und Hafen 1960, Heft 2. S. 183-166. iDeutsche libersetzung von [1].)
[2] .H uitt e
I.
28 Auflage. Verlag von Wilhelm Errtund Sohn. Berlin 1955.
[:3] Wrage'. W., und Krumfuß, K-H.: Die
Kon-struktioii von Hilfsmasdiinen-Fundarnenten aaif Schiffen. Schiff und Hafen 1959, Heft 6, S. 561-573.fassen. Berichte und Erörterungen über spezielle Unter-sudiunge'n sollten den tedmnisdi-wisaensthaftlidien Gesell-schalten vorbehalten bleiben.
Der Bericht des Vorsitzend&i des ,,Aussdsusses für Se-gangalasten", Prof. Lewis, enthält jun ersten Abschnitt eine Gegenüberstellung der in sechs verschiedenen \'ersuckistanks
ais einem T-2-Tazcker-Modell geme.sstnen Tauds- und Stampfbcswegungen, Schubkräfte und Längsbiegeinomente. Ein Vergleich der Meßergebnisse zeigt verhältnismäßig große Differenzen. die teils auf untersdiiecllidie Ge'withtsver-teilungen und Trägbeitsradien. teils auf Einflüsse der Tank-begrenaung. scsi ungleuichnìäílige Seegangsverhältnissc und unterschiedliche Versuth.stethniken zuriidczuführen sind. Nach einer Ubersicht über die zur Zeit in den Schlepptanks laufen-den Modelluntersudsungen zur Ermittlung der Biegemotnente
und Schubkräfte ins Seesgaxsg werden die bisher bekannt gewordenen theoretischen Methoden kurz diskutiert, die den Smith-Effokt. die Beeinflussung der Wellenmorm durch das Schiff sowie die durch 2- oder 3-dimensionale Theorien
bestimmten hycirodvuiamisdien Massen sind Dämpfungs-kräfte herüdcsiditigen. In mehreren aufschlußreichen Dia-graininess werden die theoretisch erimitteltc'n Biegemnmente
iusd ihre Verteilung über die Sdiiffslänge den in Ver-suchen }austiuiimten Biegemornenteui gegen uihergest'rllt. Wenig Beachtung haben bisher hei cien theoretischen Unter-sudiungen schräg anlaufende Wellen. das cc+iiffseigene
We]lensystrrn sowie nichtlineare Wirkungen im Verhalten des Sdiuffs während einer Bewc'gungsperiocle gefunden. lin letzten Teil des Berichtes wird ein langfristiges Fousdiuings-programm fur Seegangslastc'n behandelt, das sidi zuicächst mit der I iucgshelastung in regelmäßigen Wellen befassen sollte, urn cliirdi experimentelle und theoretische Unter-sudiungei direkt erglc'idihare Ergthnisse iber die Ah-h:ingigkiit der Seegangslasten von den Welli'nabmessungen. lier Wesiknrithtiing, der Sduiffsíorm, der Beladung und der Geschwiieligkeit zu erhalten und die Untersuchung unregel-n,älltger oder extremer 's\'ellenbedingungen durch Super-position der Wirkunsen regelmäßigerWellen zu ennö lidien. In diesem Zusammenhang wird die Niitzlithkeit cs
stc'mnati-sduci theoretischer Berechnungen mit Hilfe von elektroni-sdsen Bediu'nanlagen betont. Zur Erfassung der
