Talvimerenkulun tutkimuslautakunnan rahoittama ja Aker Arcticin toteuttama tutkimus mahdollistaa nykyaikaisen työkalun jäävahvistetun rungon mitoitukseen.

Itämeren talvimerenkulkuun soveltuvien kauppalaivojen vahvistamista ohjaavat suomalais-ruotsalaiset jääluokkasäännöt, joilla on vuosikymmenten historia. Pitkäjänteinen tutkimustyö on mahdollistanut sääntöjen kehittymisen ja laajan kansainvälisen hyväksynnän. Näiden sääntöjen mukaisia aluksia rakennetaan ympäri maailmaa, ja ne löytyvät kaikkien suurimpien luokituslaitosten sääntökokoelmista.

HULLFEM – yhteistyössä innovaatioita ja kustannussäästöjä

Talvimerenkulun tutkimuslautakunnan – joka koostuu Suomen ja Ruotsin merenkulkuviranomaisista – rahoittama HULLFEM-tutkimus on kehittänyt joustavamman lähestymistavan rungon suunnitteluun. Aker Arcticin toteuttama tutkimus mahdollistaa elementtimenetelmän käytön jääluokitettujen alusten rungon suunnittelussa. Tutkimuksen osana laadittu sääntöluonnos lisää suunnitteluvapautta samalla säilyttäen nykyisen turvallisuustason.

Verrattuna nykyiseen jäykkään mitoitusmenetelmään uusi sääntöluonnos mahdollistaa minkä tahansa rakenteen arvioinnin jääluokan kriteerien mukaisesti. Tämä edistää innovaatioita ja tuo kustannussäästöjä laivanrakennukseen. Sääntöluonnos tulee täydentämään olemassa olevia mitoitusmenetelmiä ja toimimaan niiden rinnalla täysimääräisenä vaihtoehtona. Uudistus on merkittävä askel Itämeren talvimerenkulun turvallisuuden ja tehokkuuden kehittämisessä.

Tavoitteena parempi turvallisuus ja vähemmän korjaustarpeita

Uusien sääntöjen kehittämisen lähtökohtana oli säilyttää nykyisten määräysten mukainen lujuustaso, joka on osoittautunut toimivaksi ja turvalliseksi käytössä olevassa laivastossa. Samalla haluttiin antaa suunnittelijoille enemmän vapautta rakenteellisten ratkaisujen suhteen, verrattuna aiempien sääntöjen tiukasti määriteltyihin vaatimuksiin.

Tämä mahdollistaa esimerkiksi polvioiden pois jättämisen ja minimipaksuuksista poikkeamisen, kunhan rakenteiden lujuus ja turvallisuus voidaan osoittaa. Tämä on mahdollistettu hyödyntäen moderneja laskentamenetelmiä ja sitomalla sovellettavat kriteerit suoremmin sääntöjen päätavoitteeseen: minimoida jäävaurioista aiheutuvat korjaustarpeet ja varmistaa turvallisuus samalla, kun jäävahvistuksesta syntyvä lisäpaino pidetään mahdollisimman pienenä.

Epälineaarinen menetelmä tukee parhaiten uudentyyppistä suunnittelua

Näihin tarpeisiin parhaiten vastaavaksi ratkaisuksi osoittautui epälineaarisen elementtimenetelmän käyttö. Toisin kuin perinteinen lineaarinen menetelmä, epälineaarinen laskenta jatkuu yli materiaalin myötörajan, mahdollistaen pysyvien muodonmuutosten käyttämisen suoraan mitoituskriteerinä sekä arvioinnin rakenteen varmuudesta ylikuormitustilanteessa.

Jotta varmistettiin uuden ja vanhan kriteeristön mukaisesti suunniteltujen alusten lujuustasojen vastaavuus, analysoitiin valikoima esimerkkilaivoja nykyisten sääntöjen mukaisesti. Näille laivoille määritettiin kuormitustaso, jonka ne kestävät uudisrakennusta vastaavien pysyvien muodonmuutosten sallivan uuden mitoituskriteerin mukaan. Tätä kuormaa käytetään uusien sääntöjen mitoituskuormana. Lisäksi jokaiselle esimerkkilaivalle laskettiin kuorma, joka vastaa Itämerellä havaittuja jäävaurioita. Tätä arvoa hyödynnetään ylikuormitustilanteen varmuusmarginaalin määrittelyssä.

Esimerkki jääkuorman aiheuttamista pysyvistä muodonmuutoksista laivan laidoitusrakenteelle.

Suunnittelijoille enemmän vapauksia turvallisuudesta tinkimättä

Kehitysprosessin aikana sääntöluonnosta muokattiin myös luokituslaitoksilta saatujen kommenttien pohjalta, ja uudet säännöt ovat nyt valmiita käyttöönotettaviksi. Ne tarjoavat tulevaisuudessa suunnittelijoille aiempaa enemmän vapauksia jäänvahvistusten suunnittelussa sekä mahdollistavat rakenteiden optimoinnin entistä paremmin myös tuotantoystävällisyyden näkökulmasta. Samalla ne parantavat turvallisuutta syventämällä ymmärrystä siitä, miten rakenteet käyttäytyvät jääkuormituksen alaisena.