Ultrakevyen rahtialuksen kansiluukkujen sekä luukkujen siirto- ja varastointijärjestelmän suunnittelu hyödyntäen kevytrakennekonsepteja

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia miten rahtialuksen kansiluukut voitaisiin valmistaa mahdollisimman kevyiksi. Katettavan ruuman pinta-ala on n. 10 m x 40 m. Luukkujen suuresta jännevälistä johtuen, rakenteelta vaaditaan suurta jäykkyyttä. Erilaisina vaihtoehtoina tutkittiin vaahtomaista alumiinia, alumiinisia kennorakenteita ja polyuretaanisia sandwich-rakenteita. Työssä vertailtiin myös erilaisia geometrisia ratkaisuja, joilla kansiluukkujen jäykkyyttä pyrittiin lisäämään ja sitä kautta pääsemään pienempään materiaalin tarpeeseen. Geometriaa suunniteltaessa huomioitiin myös vaikutukset ruuman tilavuuteen ja lainsäädännön asettamat reunaehdot. Lainsäädännöstä saatiin esimerkiksi turvakaiteiden minimikorkeus, joka vaikuttaa suoraan ruuman tilavuuteen, kun aluksen korkeimmaksi kohdaksi on valittu laivan keskilinja ja tämä korkeus on annettu suunnittelun lähtötietona. Tietokoneavusteisen lujuuslaskennan avulla eri vaihtoehdoista muodostettiin elementtimallit. Malleja varioimalla ja tuloksia vertailemalla saatiin selville kevyin mahdollinen rakenne ja geometria. Malleista saatiin selville myös luukkujen tukireaktiovoimat, eli voimat, jotka luukut kohdistavat aluksen muihin rakenteisiin. Lisäksi työssä mietittiin erilaisia tapoja ruuman avaamiseen ja avaamistavan vaikutusta kansiluukkujen painoon, geometriaan ja ruuman tilavuuteen.

Purpose of this study was to examine how the ship's cargo hatches could be produced as light as possible. The covered area of the cargo hold is approximately 10 m x 40 m. Because hatches have large span length, high stiffness is required for the structure. Various options were studied, aluminum foam, aluminum cell structures and polyurethane sandwich structures. Variety geometric solutions to increase the stiffness of the hatches were studied in this thesis also. When designing geometry the effects to the cargo hold volume and boundary conditions from legislation were taken into account. For example the height of the safety railings were get from legislation, this height effects directly to the cargo hold volume when the highest point of the ship is on the ship’s center line and this height is given as design input data. Element models of different choices were constructed with FEM (Finite Element Method). With varying models and comparing the results the lightest possible structure and geometry were found out. Models were also used to identify the support reaction forces of the hatches which targets to other structures of the vessel. In this study different ways to open the cargo hold and impact of opening method to mass, geometry, and volume of the hold were taken into account also.