FI118610B - Järjestelmä jääkuorman tarkkailemiseksi ja anturi - Google Patents

Description

Ϋ 118610

JÄRJESTELMÄ JÄÄKUORMAN TARKKAILEMISEKSI JA ANTURI

KEKSINNÖN TEKNINEN ALA

Keksintö liittyy jääkuorman tarkkailujärjestelmään rakenteessa tapahtuvien kuormi-5 tusten, jännitysten ja/tai materiaalin väsymisen mittaamiseksi. Erityisesti keksintö liittyy jääkuorman tarkkailujärjestelmään jään aiheuttamien kuormien tarkkailemiseksi aluksen, kuten laivan, rakenteessa. Keksintö liittyy myös mittausanturiin, joka soveltuu käytettäväksi mainitun järjestelmän yhteydessä.

KEKSINNÖN TAUSTAA

10 Kuormituksen tai aaltokuormien aiheuttama runkojännitys rasittaa kaikkia suurirun-koisia laivoja. Myös jääkuorma vaikuttaa laivan runkoon ja kuorirakenteen vasteeseen. Bulkkirahtialukset, suuret tankkerit, nestemäistä maakaasua kuljettavat LNG-alukset ja FPSO-yksiköt (Floating Production Storage and Offloading) ovat alustyyppejä, jotka ovat erityisen alttiita runkojännitykselle. Monissa tapauksissa 15 erityisalukset, kuten tutkimusalukset, sotilasalukset, nostoalukset ja jäänmurtajat, työskentelevät suunnittelukuorma-arvojensa äärirajoilla. Siksi laivan runkoon kohdistuvaa kuormitusta pitäisi jatkuvasti ja johdonmukaisesti mitata rakenteessa tapahtuvien muutosten, kuten materiaalin väsymisen, varalta, sekä sen varmistami-seksi, ettei esimerkiksi sallittua jännitystä ylitetä.

· • · • · · * 20 Tekniikan tasosta tunnetaan erilaisia mittausjärjestelmiä laivan kuorman aiheutta- man runkojännityksen valvomiseksi ja tarkkailemiseksi, sekä sen tarkkailemiseksi, • * /·;* miten aallot vaikuttavat laivan rungossa esiintyviin rakenteellisiin jännityksiin. Tek- :·: : nilkan tason järjestelmät on toteutettu paineentarkkailulaitteilla tai muilla antureilla, ··· jotka ilmaisevat rakenteen jännitystä tai muodonmuutosta. Anturit on tyypillisesti 25 kytketty tietokoneeseen, joka on kytketty näyttöön. Tietokone vastaanottaa antu-:*·.. reiltä mitatut arvot ja tietyn tietokoneohjelman avulla laskee halutun suureen, kuten kyseisen aluksen tilan. Lasketut arvot yleensä esitetään näyttöruudulla.

• · · • · i *·· Tekniikan tason järjestelmissä keskitytään kuitenkin tarkkailemaan vain laivan rungon sellaisia rakenteellisia jännityksiä, jotka aiheutuvat laivan omasta kuormas-: *·. 30 ta tai aaltojen vaikutuksesta. Ei ole olemassa käytännön järjestelmiä, joilla voidaan • φ « tarkkailla jään aiheuttamia kuormia aluksen rakenteessa. Se että mainitunlaisia ***** käytännön järjestelmiä ei ole olemassa, voi johtua siitä, että jääkuorma ilmiönä on laajalti tilastollinen luonteeltaan ja siten vaikeammin tarkkailtavissa kuin esimerkik- 118610 2 si aaltojen tai laivan oman Kuorman vaikutus. Ilmiön tilastollisen luonteen takia on aluksi hyvin vaikeaa sijoittaa jännitystä mittaavat anturit oikeaan kohtaan aluksen rakenteessa, sillä jäälohkareen käyttäytyminen ei ole ennustettavissa ja, toiseksi, on vaikeaa analysoida anturien tuottamia arvoja siten, että voidaan päätellä halu-5 tut tulokset ja jääkuorman todellinen vaikutus koko runkorakenteeseen.

Lisäksi tekniikan tasossa on ongelmia anturien kiinnittämisessä siten, että kiinnitys olisi kestävä ja pystyisi vastustamaan ympäröivien olosuhteiden epäsuotuisia vaikutuksia. Tekniikan tason mukaiset anturit kiinnitetään mitattavalle alueelle, joka on tyypillisesti metallia, liimaamalla ja peitetään siten silikonilla, jolloin ongelmana 10 on se, että vesi vähitellen tunkeutuu metallin ja silikonin väliin ja ennen pitkää murtaa kiinnityksen.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on välttää edellä mainitut tekniikan tason ongelmat uuden mittausratkaisun ja myös uuden anturikiinnitysratkaisun avulla. Li-15 säksi keksinnön tavoitteena on mahdollistaa jääkuorman tarkkailujärjestelmä jääkuorman rakenteessa aiheuttaman kuormituksen, jännitysten ja/tai materiaalin väsymisen mittaamiseksi jääkuorman tilastollisesta luonteesta huolimatta.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan ominaisuuksilla, jotka on mainittu itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

♦ · · • · · ·»· 20 Aluksen tyypilliseen kuorirakenteeseen kuuluu ainakin kuorilevy, pystykaaret, jotka ·). ovat kohtisuorassa kuorilevyä vastaan, sekä pitkittäiskaaret, jotka ovat oleellisesti ···· .···, vaakatasossa ja kohtisuorassa kuorilevyä vastaan. Keksinnön ajatuksena on muo- :'*.'·. dostaa jännitysanturien yhdistelmä tiettyihin kohtiin rakennetta jääkuorman laiva- • · · ‘.’.V rungolle aiheuttaman kokonaiskuormituksen sekä kuorirakenteen vasteen ilmai- ***** 25 semiseksi, missä kukin jännitysanturi on järjestetty muuntamaan rakenteen muo donmuutokset niihin verrannollisiksi lähtösignaaleiksi. Anturiyhdistelmään kuuluu * " ainakin kaaren taipumisjännitysantureita (F), ievyjännitysantureita (P) sekä kaari- voima-anturi (S).

• · • ·

Keksinnön eräässä ensimmäisessä suoritusmuodossa taipumisjännitysanturit (F) • ♦ *.·.* 30 sijaitsevat kaarilaipassa, edullisemmin kaaren puolivälissä. Kaaren laippa on edul- : linen sijainti taipumisjännitysantureille, koska jääkuorman aiheuttama muodon- :‘**; muutos on huomattava ja siten myös mittaustarkkuus on erinomainen.

··· 118610 3

Keksinnön eräässä toisessa suoritusmuodossa levyjännitysanturit (P) sijaitsevat kuorilevyssä, edullisemmin kaarten välissä ja pitkittäiskaarten puolivälissä.

Keksinnön eräässä kolmannessa suoritusmuodossa kaarivoima-anturit (S) sijaitsevat kaaren uumassa, edullisemmin pitkittäiskaaressa, ja vielä edullisemmin pit-5 kittäiskaaren neutraaliakselilla.

Jännitysanturit sijaitsevat edullisesti kriittisimmällä alueella, missä odotettavissa oleva jääkuorma tai odotettavissa oleva jääkuorma rakennekapasiteettia kohti on suurin.

Keksinnön eräässä neljännessä suoritusmuodossa jääkuorman mittaus toteute-10 taan kuorirakenteessa olevalla anturipaneelilla, missä anturipaneeliin kuuluu jänni-tysanturien yhdistelmä, ja se sijaitsee laivan keulan kriittisellä alueella. Edullisesti kuormia ja jännityksiä mitataan usealla anturipaneelilla, joista yksi sijaitsee kuor-mavesirajan (LWL) ja yksi painolastivesirajan (BWL) korkeudella. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa vain yksi näistä paneeleista on aktiivinen 15 kerrallaan aluksen kuormitustilanteesta riippuen.

Keksinnön mukaiseen tarkkailujärjestelmään kuuluu myös tietojenkäsittely-yksikkö sekä tietoverkko, joka yhdistää toisiinsa anturit ja tietojenkäsittely-yksikön. Tietojenkäsittely-yksikkö on edullisesti järjestetty keräämään signaaleja antureilta ja . laskemaan halutut tulokset. Signaalit ovat edullisesti sähköisessä muodossa, joko • · * [·/’' 20 muuntimen sähköisiksi muuntamia (anturin ollessa esimerkiksi optinen mittalaite) • ** tai suoraan sähköisiksi muodostettuja (anturin ollessa esimerkiksi venymäanturi).

«·· ···« "*. Keksinnön eräässä viidennessä suoritusmuodossa rakenteeseen vaikuttava ulkoi- • · : .·. nen jääkuorma lasketaan (edullisesti käyttäen tietojenkäsittely-yksikköä) jänni- • · · "•V tysanturien antamien tulosten perusteella, missä anturien antamat tulokset ovat • « *“ 25 verrannollisia rakenteen venymään. Keksinnön mukaisesti rakenteeseen vaikutta- vat kuormat ja jännitykset lasketaan kertomalla jännitysanturien tulokset (lähtösig- • · : " naaliin verrannolliset venymät tai venymäerot) vaikutuskerroinmatriisilla (käyttäen FEM-menetelmää; Finite Element Method).

·· • *

Lisäksi, keksinnön mukaisesti jääkuorman tarkkailujärjestelmässä kuormitustason • ♦ *♦;·* 30 ja jännityksen ilmaisu voidaan toteuttaa edullisesti reaaliajassa helpottamaan aluksi*: sen päällikön päätöksentekoa. Järjestelmä pystyy myös tekemään lyhyen aikavä-

Iin kuormaennusteita esimerkiksi anturien viime minuuttien aikana keräämien tieto- ··· jen perusteella. Mitattuja kuormia ja jännityksiä verrataan rakenteen myötörajaan, ja järjestelmä on järjestetty varoittamaan, mikäli sallittu jääkuormaraja ylittyy. Kek- 118610 4 sinnön eräässä edullisessa menetelmässä verrataan myös maksimijännitystä sallittuun jännitystasoon, ja se esitetään värikoodein varustettuna aluekaaviona laiva-profiilissa.

Järjestelmä on myös järjestetty tallentamaan mitatut kuormitustiedot aika- ja paik-5 katietoineen pitkäaikaiseen muistiin myöhempää analyysiä varten. Näitä tietoja voidaan käyttää esimerkiksi arvioitaessa jäissä kulun mahdollisuutta toiminta-alueella, arvioitaessa pitkän aikavälin vahinkotodennäköisyyttä alukselle, väsymis-analyysissä ja muissa tutkimustarkoituksissa, kuten jääluokkasääntöjen kehittämisessä. Vertaamalla ajan kuluessa tallennettuja eri mittauksia voidaan tarkkailla ra-10 kenteen evoluutiota sen käyttöiän ajalta.

Keksintö liittyy myös jännitysanturiin, johon kuuluu jännitystä mittaava elin, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi venymäanturina, jonka resistanssi ja lähtöjännite on verrannollinen rakenteen venymään, tai vaihtoehtoisesti optisena anturina. Jännitystä mittaava elin voidaan myös toteuttaa jonain muuna alan ammattilaisen tun-15 temana anturina, kuten akustisena tai pneumaattisena anturina, jonka lähtösignaa-li voidaan muuntaa sähköiseksi signaaliksi, joka on verrannollinen rakenteen mitattuun venymään.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa jännitystä mittaava elin kiinnitetään mitattavaan rakenteeseen. Jännitysanturiin kuuluu myös jännitystä mittaavaa elintä peit-20 tävä kotelo, sekä referenssilevy jännitystä mittaavan elimen vieressä. Jännitysan- .!*’ turi sisältää lisäksi tukielimiä, jotka hitsataan mitattavaan rakenteeseen niin, että • * : .** tukielimet tukevat koteloa ja referenssilevyä.

• · · • · · ·

Keksinnön mukaisesti jännitystä mittaava elin ja sen johdinliitännät peitetään piillä • niiden mekaaniseksi suojaamiseksi, ja kotelo tiivistetään suojamassaa varten ja IM i .*··. 25 täytetään polyuretaanimassalla, epoksilla tai vastaavalla jännitystä mittaavan eli men suojaamiseksi kosteutta ja korroosiota vastaan. Edullisesti pinta, johon jänni-... tystä mittaava elin on tarkoitus kiinnittää, käsitellään Oxsilanilla, jottei vesi tai kos- **.,!* teus tunkeutuisi pinnan ja jännitystä mittaavan elimen tai suojamassan väliin. Oxsi- **;*' lan edullisesti muodostaa kemiallisen yhdisteen metallipinnan ja myös suojamas- 30 san, kuten polyuretaanin tai epoksin, kanssa.

• · · • · *" Esillä olevalla keksinnöllä on myös muita edullisia ominaisuuksia. Sen avulla on • · * esimerkiksi mahdollista parantaa merenkulun turvallisuutta ja taloudellisuutta, mi- nimoida runkorakenteen rikkoutumisriskejä ja siten ehkäistä kalliita vahinkoja, sekä pidentää aluksen toiminnallista käyttöikää. Lisäksi on myös mahdollista antaa 5 11£610 aluksen miehistölle tietoja jääkuormasta, sen kehittymisestä, vakavuusasteesta ja ennusteesta.

Tässä hakemuksessa käytetään seuraavia käsitteitä: FEM Finite elements -menetelmä, joka on erityisen käyttökelpoinen etsittäes-5 sä luotettavaa approksimointia ratkaisemaan osittaisten differentiaaliyhtälöiden kuvaamaa rakennevastetta.

Kuormitushistoria Järjestelmä voi esittää eri mittauskanavien aikahistorioita. Sopiva aikaikkunan pituus voi olla esimerkiksi 2 tuntia, ja kuormat voidaan esittää prosentteina sallituista kuormista.

10 Kuormahistogrammit Järjestelmä voi esittää eri mittauskanavien kuormahis-togrammeja. Histogrammi perustuu ilmaistuihin kuorma-amplitudeihin. Kuormat voidaan esittää prosentteina sallituista kuormista. Sopiva aikajakso histo-grammeille voi olla esimerkiksi 2 tuntia.

Neutraaliakseli Läpileikkauksen tai puristuksen ja jännityksen välisen siirty-15 män geometrinen keskipiste.

Sallitut kuormat Esimerkiksi tyypilliselle laivanrakennusteräkselle myötöraja on 235 MPa. Tämä on sallittu raja kaari- ja levyjännityksille, jos käytetään täl- . ... laista materiaalia. Materiaalista riippuen myötöraja voi kuitenkin olla suurempi • · ·

Qopa 600 MPa) tai pienempi. Yhden kaaren osa- tai kokonaiskuormalle kuor- : " 20 man raja-arvot lasketaan instrumentoidun alueen, eli anturipaneelien sijainti- ··· alueen, FE-mallin avulla. Jääkuorman raja-arvo vastaa tapausta, jossa kaaren :···: taipumisjännitys ylittää materiaalin myötörajan. Paneelin kokonaiskuormalle on • » : olemassa kaksi raja-arvoa. Toinen on tapaus, jossa minkä tahansa kaaren ra- jakuorma-arvo ylittyy, ja toinen on tapaus, jossa pääkaaren rajakuorma-arvo 25 ylittyy.

• · • ·

Kaarikuorma On pitkittäiskaaren matkalla vaikuttava jääkuorma. Kaarikuorma '*:** on verrannollinen kaaren molempiin päihin asennettujen jännitysanturien väli- seen leikkausjännityseroon.

··· • ·

Osittainen kaarikuorma On puolen pitkittäiskaaren matkalla vaikuttava jääkuor- « · : 30 ma. Osittainen kaarikuorma on verrannollinen kaaren yhteen päähän ja kaaren keskelle asennettujen jännitysanturien väliseen leikkausjännityseroon. Paikallinen jäänpaine on osittainen kaarikuorma jaettuna nimellisellä kosketusalueel- 118610 6 la Anom (= kaariväli * puolen kaaren pituus). Alan ammattilaiselle on selvää, että puolta pituutta käytetään tässä vain esimerkkipituutena.

Vakavuusaste Voidaan laskea esimerkiksi mitatun ja sallitun kuorman välisenä suhteena. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa jäävoimia ja jään aiheuttamia 5 jännityksiä mitataan laivan keulan lähellä eniten kuormitetuissa kohdissa, ja sen jälkeen voimat ja kuormat ekstrapoloidaan muihin kohtiin, jolloin saadaan "jääkuormituksen yhtenäisvakavuusaste". Jääkuorman tarkkailunäytöllä mitatut tiedot esitetään edullisesti joko vakavuusyksikköinä (prosentteina sallituista kuormista, käyttäen värikoodeja eri vakavuusasteille) tai teknillisinä yksikköinä 10 (kN, MPa).

Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on selostettu epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

PIIRROSTEN LYHYT KUVAUS

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin eräiden esimerkinomais-15 ten suoritusmuotojen avulla ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää sivulta päin esimerkkijärjestelyä, jossa anturit sijaitsevat tietyissä kohdissa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, , .·. kuvio 2 esittää päältä katsottuna esimerkkijärjestelyä, jossa anturit sijaitsevat • · · tietyissä kohdissa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukai- : 20 sesti, ··· ···· kuvio 3 esittää esimerkkinä erästä menetelmää neutraaliakselin määrittämi- • · · :seksi, missä kaarivoima-anturit sijaitsevat keksinnön erään edullisen • « · · .···. suoritusmuodon mukaisesti, • tl kuvio 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista järjestelyä : **· 25 sisäisten jännitysten mittaamiseksi, »M • « • » kuvio 5a esittää esimerkkinä erästä keksinnön edullisen suoritusmuodon mu- · : kaista jääkuorman tarkkailujärjestelyä, missä aluksessa on kaksi antu- ripaneelia, • t i · « kuvio 5b esittää esimerkkinä erästä keksinnön edullisen suoritusmuodon mu- « · *·*·* 30 kaista järjestelyä, missä aluksen paneelissa on kaksi levyjännitysantu- ria, 118610 7 kuvio 6 esittää esimerkkinä vaikutuskerroinmatriisia a anturipaneeleille esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, kuvio 7 esittää esimerkkikaaviona aika- ja tapahtumaikkunoita keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, 5 kuvio 8 esittää esimerkkikaaviona tarkkailu- ja vertailuikkunoita kehityssuunnan arvioinnissa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, kuvio 9 esittää kuormaennusteen esimerkkikaaviota keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, 10 kuvio 10 esittää esimerkkinä räjäytyskuvaa jääkuorman mittausjärjestelmässä käytettävästä jännitysanturista keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, ja kuvio 11 esittää esimerkkinä jääkuorman mittausjärjestelmässä käytettävää jännitysanturia kiinnitettynä tarkkailtavaan rakenteeseen keksinnön 15 erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti.

YKSITYISKOHTAINEN SELITYS

Kuvio 1 esittää sivulta päin esimerkkijärjestelyä, jossa anturit (F, P, S) sijaitsevat ‘••v aluksen rakenteen tietyissä kohdissa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon tt : '·· mukaisesti. Aluksen tyypilliseen rakenteeseen 100 kuuluu ainakin kuorilevy 102, 20 pystykaaret (106 kuviossa 2), jotka ovat kohtisuorassa kuorilevyä 102 vastaan, sekä pitkittäiskaaret 104, jotka ovat oleellisesti vaakatasossa ja kohtisuorassa kuo- : :*.· rilevyä 102 vastaan.

·*« ·

Ml • t *···' Keksinnön mukaisesti taipumisjännitysanturit (F) sijaitsevat kaaren laipassa 104A, levyjännitysanturit (P) sijaitsevat kuorilevyssä 102, edullisemmin pitkittäiskaarten i **· 25 104 välissä tai niiden puolivälissä. Lisäksi kaarivoima-anturi tai anturit (S) sijaitse- • · · vat pitkittäiskaaressa 104.

• · • * : " Kuvio 2 esittää erästä esimerkkijärjestelyä, jossa aluksen tyypilliseen rakentee- seen 100, jota on kuvattu ylhäältäpäin, kuuluu ainakin kuorilevy 102, pystykaaret : 106, jotka ovat kohtisuorassa kuorilevyä 102 vastaan, sekä pitkittäiskaaret 104, .···! 30 jotka ovat oleellisesti vaakatasossa ja kohtisuorassa kuorilevyä 102 vastaan. Ku viossa 2 nähdään keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti taivutusjännitysan-turien (F) ja kaarivoima-anturien (S) tarkat sijainnit, missä taivutusjännitysanturit 118610 8 (F) sijaitsevat kaaren laipassa 104A ja edullisemmin kaaren 106 puolivälissä, ja kaarivoima-anturit (S) sijaitsevat pitkittäiskaaressa 104 ja edullisemmin pitkittäis-kaaren 104 neutraaliakselilla 202. On huomattava, että neutraaliakselin sijainti voi olla erilainen eri pitkittäiskaarilla 104.

5 Kuvio 3 esittää esimerkkinä erästä menetelmää neutraaliakselin määrittämiseksi, missä kaarivoima-anturit (S) sijaitsevat keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti. Erityisesti kaarivoima-anturien (S) sijainti on oleellista tarkkojen lukemien saamiseksi keksinnön mukaisesti, erityisesti pitkittäiskaarten (104) leikkausjännitysten saamiseksi. Siksi kaarivoima-anturit asennetaan pitkittäiskaaren 104 10 neutraaliakselille e* (tai 202 kuviossa 2). Tässä esimerkkikuviossa käytetään vain 3 anturia, mutta alan ammattilaiselle on selvää tämän selityksen perusteella, että anturien määrä voi vaihdella, ja tyypillisesti siten, että mitä useampia antureita, sitä parempi tarkkuus.

Keksinnön mukaisesti neutraaliakseli saadaan seuraavasta kaavasta: 1β e* = si +Sj_+S3 _ A] + A2 + A3 missä Si, S2 ja S3 ovat staattisia momentteja, jotka lasketaan seuraavasti: 51 = yix Ai, 52 = y2>< A2, ja 53 = y3x As, •.

··*!’ 20 ja missä Ai, A2 ja A3 ovat pinta-aloja, jotka lasketaan seuraavasti: ··· • t * · • ti • At - bi x hi, .·*·. A2 = b2 x h2, ja A3 = b3 x h3, *· : *·· Kuvio 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista edullista jär sii 25 jestelyä sisäisten venymien mittaamiseksi. Sisäisen venymän mittausta käytetään, :·[ jotta saadaan selville jään törmäyspaineen aiheuttama ulkoinen voima F. Venymä- • ·· \.. mittauksesta saadut venymälukemat voidaan muuntaa jääkuormiksi. Koska olete- *:** taan, että rakennevaste vaikuttaa lineaarisesti venymään, ulkoisen kuorman F ja : mitatun venymäeron Ay välinen suhde lasketaan vaikutuskertoimen a avulla • t · • · F = α · Δγ.

9 118610

Liukuma mitataan pitkittäiskaaren 104 neutraaliakselilta 202 kaarivoima-anturien (S) avulla kuvion 4 mukaisesti. Mitattujen liukumien γ1 ja γ2 mukainen leikkausero Ay on Δγ = γ’-γ2, missä yläindeksit 1 ja 2 viittaavat venymien mittauspisteisiin. Kun tarkasteltavassa 5 rakenteessa on n kaarta, suhde määritetään vaikutuskerroinmatriisin avulla. Kaaren i voiman Fi ja kaaren j leikkauseron Ayj välinen suhde lasketaan, jolloin tuloksena saadaan vaikutuskerroinmatriisin ay alkio. Laskettaessa leikkausero kullekin kaarelle j, tulokset voidaan antaa seuraavassa vektorimuodossa: ρ>=ΣνΔν

H

Lisäksi on huomattava kuvioon 4 liittyen, että kaarivoima-anturit (S) on sijoitettu 10 edullisesti matkan päähän kaarista 106, edullisesti pitkittäissuunnassa 150 mm päähän kaarista 106, jotta vältytään kaarien 106 lähellä jännltyskeskittymäpisteiltä, jotka voisivat aiheuttaa ei-toivottuja jakaumia. Mainittu 150 mm on kuitenkin vain eräs edullinen esimerkki keksinnöstä, eikä sitä tule pitää rajoittavana patenttivaatimuksiin liittyen. Tässä esimerkkikuviossa käytetään vain 3 anturia (S), mutta alan 15 ammattilaiselle on selvää tämän selityksen perusteella, että anturien määrä voi vaihdella, ja tyypillisesti siten, että mitä useampia antureita, sitä parempi tarkkuus.

* • ♦ · • · « ···

Kuvio 5a esittää esimerkkinä jääkuorman tarkkailujäijestelmää 500, jossa aluk-sessa 501 on keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti kaksi anturi- · paneelia, alempi anturipaneeli 502 ja ylempi anturipaneeli 504, missä levyjänni-20 tysanturit (P) sijaitsevat kuorilevyssä 102 ja pitkittäiskaarten puolivälissä. Taivutus-jännitysanturit (F) sijaitsevat kaaren laipassa ja edullisemmin kaarten 106 puolivä- • t *···* Iissä (selvyyden vuoksi vain osa kaarista 106 on esitetty kuviossa 5a yhtenäisin viivoin), ja kaarivoima-anturit (S) sijaitsevat pitkittäiskaaressa 104.

·· • · • ·· .···. Lisäksi jääkuorman tarkkailujäijestelmään 500 kuuluu tietojenkäsittely-yksikkö 506 25 sekä tietoverkko 508, joka yhdistää toisiinsa anturit (S, P, F) ja tietojenkäsittely- : yksikön 506.

• · • * ·· . *. Keksinnön eräässä esimerkkisuoritusmuodossa analogiset lähtösignaalit otetaan • · · :::J suoraan kultakin jännitysanturilta ja summaus/vähennys tehdään A/D-muunnok- :*··Σ sen jälkeen. Mitatut venymät muunnetaan esimerkiksi teknillisiksi yksiköiksi (MPa, 30 kN). Muunnos mitatuista rakenteellisista venymistä jääkuormiksi perustuu liukumia ίο 118610 käyttävään tekniikkaan. Kuormat saadaan käyttäen vaikutuskerroinmatriisia, joka on aluksi estimoitu käyttäen FEM-menetelmää ja, jos tarpeen, vahvistettu kokeellisesti. Mitattavat suureet yhdeltä anturipaneelilta voivat olla esimerkiksi: levyjänni-tys (3 anturia), kaaren normaalijännitys (6 anturia), kaareen vaikuttava voima (5 5 jännitysanturia kunkin kaaren uumassa, yhteensä 15 anturia), sekä kokonaisvoima alueella (kaariin vaikuttavien voimien summa).

Kerätyt tiedot lähetetään sitten tietoverkon kautta analysoitavaksi, esitettäväksi ja lokiin kirjattavaksi tietojenkäsittelyn keskusyksikköön, jolloin paneelialueen ulkopuolisten laivan runkorakenteiden kuormat ja vasteet voidaan estimoida mitattujen 10 jääkuormien perusteella. Lisäksi komentosillan henkilökunta voidaan hälyttää suorittamaan toimenpiteitä, mikäli mitatut arvot osoittavat suuria jännitystasoja.

Eri anturien ilmaisemat vasteet voidaan esimerkiksi johtaa seuraavasti: 1. Kaaren taivutusjännitys on verrannollinen venymään seuraavan kaavan mukaisesti: σ = ε*Ε 15 jossa ε = niitattu venymä (//Strain) E = kimmomoduuli (esim. 206 GPa) 2. Mitatun venymän (levyn normaalijännitysanturien mittaaman) ja levyjen jännitys- . ,·, ten välinen suhde: • · · I»· • · · E / \ jossa (εφ + 8_φ) = mitattu venymä (//Strain) ·.· ; v = Poissonin luku (0.29) • « · • · • ^ «

Suhde 2 pätee vain tilanteessa, missä levyjännitysanturit (P) on asennettu 56 as-;·, 20 teen kulmaan toistensa suhteen (kuvio 5b), jolloin Poissonin luku teräkselle kom- pensoituu. Alan ammattilainen pystyy kuitenkin helposti modifioimaan suhdetta 2 *·;·* tilanteisiin, joissa anturien välinen kulma poikkeaa 56 asteesta.

*· • » • ·* /»», 3. Mitatun leikkausmyötymäeron (kaarivoima-anturien mittaaman) ja kaarella i vai- • · T kuttavan voiman välinen suhde: • · • » · • ♦ · ··♦ ♦ O 25 Fi=i>irAYj

H

118610 π jossa Δ^· = mitattu leikkausmyötymäero (//Strain) ay = vaikutuskerroinmatriisin alkiot

Mittausresoluutio on sitä parempi, mitä useampia antureita sijaitsee kaarien välissä.

Kuvio 6 esittää esimerkkinä vaikutuskerroinmatriisia a anturipaneeleille esillä ole-5 van keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, jossa kussakin paneelissa on 12 anturia. Vaikutuskerroinmatriisi a muodostetaan käyttäen FEM-mene-telmää alustavan herkkyysanalyysin tuloksista. Tässä esimerkkitapauksessa käytettiin yksinkertaistettua rakennemallia ja kuormatapauksena viivakuormaa.

Kuvio 7 esittää esimerkkikaaviona aika- ja tapahtumaikkunoita esillä olevan kek-10 sinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti, Aikahistorioiden oleellinen informaatio sisältyy kuormahuippuihin, jotka vastaavat jäämuodostelmien aiheuttamia kuormitustapahtumia. Jäämuodostelma osuu laivan runkoon ja joko kimpoaa takaisin tai liukuu runkoa pitkin. Kuormitustapahtumat ovat paikallisia, kuormakor-keuden tyypillisesti vastatessa kuormittavan jäämuodostelman paksuutta ja kuor-15 mapituuden ollessa korkeintaan muutama metri. Tapahtumien kesto on tyypillisesti 10 millisekunnista yhteen sekuntiin kuljettaessa tyypillisellä jäänopeudella.

Kuormitusprosessia kuvaamaan käytetyt tilastolliset mallit perustuvat pääasiassa . kuormahuippujen amplitudiin. Tässä keksinnössä tarkastellaan kahta menetelmää » « · kuormahuippujen valitsemiseksi datasta. Ensimmäisessä menetelmässä valitaan • ** 20 aikahistoriasta sellaisia osuuksia, jotka sijaitsevat jonkin kynnysarvon yläpuolella.

Tässä käytetty menetelmä huippuamplitudin tunnistamiseksi on Rayleigh-kriteeri.

• M

Sen mukaan, jos kahden paikallisen maksimin välinen paikallinen minimi on pie-nempi kuin r kertaa matalampi maksimi, niin silloin on olemassa kaksi eri kuorma- j*’*: huippua. Parametrin r standardiarvo on 0,5.

• · · „ 25 Keksinnössä käytetyssä toisessa menetelmässä jaetaan aikahistoria tietyn pituisiin • · : aikaikkunoihin. Valitaan kustakin aikaikkunasta maksimiarvo. Pienin käytetty aika- ikkunan pituus on 1 sekunti.

« * · • ·

Kuvio 8 esittää esimerkkikaaviona tarkkailu- ja vertailuikkunoita kehityssuunnan • t *·;·* arvioinnissa esillä olevan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti.

• ·

• I I

• 4 · 30 Maksimijääkuorman ennuste tietyllä ajanjaksolla on operatiivisen jääkuorman tark-'*'** kailujärjestelmän yksi oleellinen tehtävä, mutta myös ennusteen kehityssuunta on tärkeä. Muuttuvat jääolot ja laivan nopeuden ja kurssin muutokset vaikuttavat jää- 118610 12 kuorman tasoon, ja näiden muutosten merkittävyyttä voidaan arvioida havainnoimalla jääkuormatrendiä.

Jääkuorman tarkkailuohjelmassa kehityssuuntaa arvioidaan tarkkailu- ja vertailuik-kunoiden avulla kuvion 8 mukaisesti. Aiemmat ennusteet pidetään tietokoneen 5 muistissa, ja ennusteet jaetaan kahteen ikkunaan kuviossa 8 esitetyn mukaisesti. Ennusteiden keskiarvo lasketaan molemmissa ikkunoissa. Kehityssuunta päätellään sitten vertaamalla laskettuja mediaaneja. Ensin järjestelmä laskee kuormaen-nusteiden keskiarvot vertailu- ja tarkkailuikkunoissa. Vertailuikkunan pituus voi olla esimerkiksi 110 minuuttia ja tarkkailuikkunan pituus 10 minuuttia. Näiden keskiar-10 vojen suhde ilmaisee jääkuormatrendin:

Trend - (ennuste^en keskiarvo tarkkailuikkunassa) _ (ennusteiden keskiarvo vertailuikkunassa)

Jos trendi on positiivinen, kuorman taso on kasvamassa, ja jos trendi on negatiivinen, kuorman taso on laskussa.

Kuvio 9 esittää kuormaennusteen esimerkkikaaviota esillä olevan keksinnön erään 15 edullisen suoritusmuodon mukaisesti.

Hyväksyttävä jääkuormataso tarkoittaa, että laiva voi jatkaa kulkuaan samalla tavalla kuin siihenkin asti ilman mainittavaa vahingoittumisriskiä. Näin ollen kuorman »taso ei kuvasta koettuja kuormia, vaan on luonteeltaan ennustava. Se ei myös- ·"’ kään liity keskikuormiin, vaan äärikuormiin. Kuorman tason määritys perustuu mi- • ·· 4.( 20 tattuihin kuormiin. Havaituilla kuormilla on tietty statistiikka, jota voidaan kuvata ja- kaumafunktiolla. Jakaumamalli sovitetaan havaittuun histogrammiin, ja sen avulla /·;1 2 3 lasketaan havaitsemattomien suurten kuormien esiintymisen todennäköisyys. Alla ··1 ·' esitetään kaksi esimerkinomaista ennustustekniikkaa.

• · 1 : : ··1 (T,xr)-kuvaajatekniikka. Tarkastellaan johonkin mittauskanavaan ja aikajaksoon To {·.4> 25 liittyvää aikahistoriaa. Jakso jaetaan N-Tq/T lyhyempään ikkunaan, joiden pituus *···. on T, ja Xi :n maksimiarvo valitaan aikahistoriasta kullekin N ikkunasta. Keskiarvo *" lasketaan sitten ·· • · 1 ^ : : xT = — > x, · 2 • · · 3 .··1. Xj :n kuvaajaa T:n suhteen kutsutaan (7>r)-kuvaajaksi. Aikaikkunamenetelmä pe- 30 rustuu ajatukseen, että olennainen tieto kuormitusprosessista voidaan saada (T,xr)-kuvaajasta. Tässä tarkastellaan tiettyä T:n arvoväliä. (T,xr)-kuvaaja on hyvin ,3 118610 helppo muodostaa. Kahden aikasarjan vertailu voidaan tehdä käyttäen (T,xT)-kuvaajia. Kuvaajia voidaan käyttää myös ennustavasta funktion Xr (T) avulla on mahdollista estimoida odotettu maksimi jollekin pitkälle aikaikkunalle, jos funktio voidaan generoida lyhyemmän jakson aikana.

5 Skaalausvälit. Peruskysymys aikaikkunamenetelmässä on siis, miten keskimääräinen xt muuttuu T:n suhteen. Valitaan toinen aikaikkuna XT ja keskimääräinen xxt- Relaatioita, jotka mahdollistavat χλτ :n johtamisen xt :stä, kutsutaan skaalaus-relaatioiksi. Tässä käyttökelpoisia skaalausrelaatioita on kahta päätyyppiä. Ensimmäinen on potenssilakimuodossa:

10 xÄT = XHxT

Toinen skaalausrelaatio on Χχτ =xT+H' ln(A) Näiden skaalausrelaatioiden analyysi tehdään yksinkertaisesti piirtämällä kuvaaja. Ensin skaalausrelaatio voidaan kirjoittaa muotoon 15 In(jcr) = H \n(T) + c Näin ollen, jos piirretään ln(xr) ln(T) :n suhteen ja löydetään lineaarinen jyrkkyys : tietylle T:n vaihteluvälille, niin skaalauslaki pätee vaihteluvälillä. Arvo c voidaan il- maista vaihteluvälin jonkin kiinteän T0:n avulla. Tätä kutsutaan Gumbelin II vaihte-luväliksi. Toisaalta, toinen skaalausrelaatio voidaan kirjoittaa muotoon • * *· 20 xT=H'\n(T) + c' • · • · · • · · • · « · ;***: Jos Xi-:n ln(T):n suhteen piirretyssä kuvaajassa löydetään lineaarinen väli, sitä kut- * · · sutaan Gumbelin I vaihteluväliksi ja skaalauslaki on voimassa vaihteluvälillä. Arvo :·. C voidaan ilmaista vaihteluvälin jonkin kiinteän 7b':n avulla. Näin ollen molemmissa • ·« tapauksissa (T,xr)-kuvaajaa luonnehtii kaksi parametria.

• · « · · 25 Seuraavassa selostetaan käytäntöä kuormaennusteiden tekemiseksi järjestelmäs- !*··. sä. Havaintoikkunan pituus on 1024 sekuntia, ja ennustusikkunan pituus on 7200 • · sekuntia (so. 2 tuntia). Ensin havaintoikkuna jaetaan seuraaviin jaksopituuksiin: • · · ♦ · · l::·! Ton 2°, 2\ 22, ... 210 = 1,2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 se kuntia 14 118610 joten peräkkäisten jaksonpituuksien suhde on aina 2. Sitten lasketaan jaksoille keskimääräiset kuormamaksimit χγ· Toisin sanoen Matlab-komentoja käyttäen voidaan keskimääräiset maksimit jaksoille saada seuraavasti: forj= 1:11, 5 x = ones(T(j), 2A10/T(j)); x(:) = LOADJDATA; avermaxQ) = mean(max(x)); end; xt=avermax;

Sen jälkeen etsitään jaksojen logaritmin ja keskimääräisten maksimien (ln(7), xt) 10 välinen regressiofunktio sovittamalla toisen kertaluvun polynomifunktio aineistoon pienimmän neliösumman menetelmällä, kuten on tunnettua tekniikan tasosta. Ratkaistaan regressiofunktio käyttäen Matlabin kuvaajansovitusfunktiota: p = polyfit(log(T), xT, 2); Tämä on toisen asteen polynomi: 15 xT (T) = Pi [log(r>]2 + p2 log(T) + p3 * « · jossa on kolme kerrointa pi, p2, ja p3. Jääkuormaennuste seuraaviksi 2 tunniksi ϊ ** tehdään tämän polynomin avulla käyttäen asetusta T- 8224 sekuntia.

* • · · • · « ·

Keksinnön mukainen jääntarkkailujärjestelmä kykenee arvioimaan keularakenteen : .·. kaikki mahdollisesti kriittiset alueet, ei pelkästään niitä kohtia, joihin anturit on sijoi- 20 tettu. Tämä tapahtuu laskemalla rakenneosien kuormankantokyky ja estimoimalla t · “* koko keula-alueen jääkuormat. Tehtävänä on yleistää paneelialueen mitatut kuor- ., mat koko keula-alueelle.

• ·

• M

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti on ainakin kaksi edullista ja erilaista »t* * ./ tapaa muodostaa menettely, jossa päätellään keula-alueen paneeleilta mitattujen **..]* 25 lukemien perusteella keularakenteen kaarien ja levyjen jännitykset. Jännitykset on **:** prosessoitava, jotta saadaan yhtenäisvakavuusaste. Oletuksena on, että jääkuor- ma on hyvin paikallinen ja vaikuttaa jäävyöhykealueella, jossa myös jännitykset ovat suurimmat kuorirakenteessa, so. kaarissa ja levyissä.

··· is 118610

Yksi tapa on ekstrapoloida mitatut jännitykset muille alueille, ja toinen on ekstrapoloida mitatut voimat ja laskea niiden avulla muiden alueiden rakenneosien jännitykset. Menetelmiä on selostettu alla.

Menetelmä 1 Voimien ekstrapolointi 5 Tarkkailujärjestelmä kykenee mittaamaan jään aiheuttaman voiman F, joka vaikuttaa alueelle, jonka rajaavat kaariväli s ja kaarilla olevien leikkausanturien välinen etäisyys L. Näin ollen voima F voidaan määritellä alueen keskimääräisenä paineena Ppl = F/(S'L). Jos anturien välinen etäisyys on suurempi kuin kaksi käärivällä (L>2s), niin levyjen maksimijännitys kaikissa kuormitustapauksissa voidaan olettaa 10 aiheutuvaksi suurimmasta mitatusta yksittäisestä voimasta Fmax. Kaarien osalta maksimijännitys aiheutuu yhden kehyksen kaikkien osavoimien summan maksimista Fjot (=F1+F2), jos yhdeltä kaarelta mitataan vain kaksi voimaa. Keskimääräinen paine kaarille on pfr=Fjot/(L1+L2), jos osavoimat mitataan yhdeltä kaarelta.

15 Maksimijännitys levyissä on nyt oPl=Cpl-Fmax, jossa jännityksen voimaan liittävät vakiot saadaan eri sijainneille FEM-analyysin avulla. Vastaavasti kaarille maksimi-jännitys on ofr=Cfr-Ftot- Tässäkin tapauksessa vakion CFr ilmaisema jännityksen ja kuorman välinen suhde saadaan FEM-laskelmista. Kuorman FEM-laskennassa täytyy olla sama kuin mittauksissa käytetty, so. paine pPL levyille alueella s x L, ja , 20 paine Pfr kaarille alueella s x (L1+L2).

• · · • · · • *·· Nyt pitää ottaa huomioon rungon muodon vaikutus paineisiin. Vesirajan tulokulma (>;j* a vaikuttaa jäähäntunkeutumisnopeuteen, ja mitä suurempi tämä nopeus, sitä suu- remmat ovat jääkuormat. Aluksen kuorilevyn ja vedenpinnan välinen kaarikulma β • poikittaiskaarien tasossa vaikuttaa pystytaipumiskomponenttiin, ja mitä pystym- .···! 25 mässä kaari on, sitä suuremmat ovat kuormat. Jos sovittaisiin, että jäänpaine on verrannollinen johonkin vakioon C(a, β), niin mitatut voimat voitaisiin korjata kaik-.. kiin muihin sijainteihin tämän vakion avulla. Ongelmana on tämän vakion löytämi- nen. Uusissa (1999) venäläisissä jääluokkasäännöissä käytetään yhtä mahdollista • · ’·”* muotovakiota seuraavasti määriteltynä: • • · • ·· I ' I···. 30 0(α,β) = ^/α2/β.

• » · • · : Suomessa kehitelty teoria jääpeitteen dynaamisesta taipumisesta antaisi olettaa muototekijän olevan seuraavanlainen: ie 118610 ( )=1+Cp&^ ' ' P-Po

Missä vakiot ovat Ci = 4,0 and βο - 8° (pienemmille kaarikulmille kuin η. β=15° dynaaminen taipuminen ei päde, eikä silloin enää pidä käyttää verrannollisuutta βΐθβη). Nyt ehdotetaan, että käytetään jälkimmäistä, jääpeitteen dynaamiseen tai-5 pumiseen perustuvaa formulointia.

Menetelmä 2 Jännitysten ekstrapolointi

Tarkkailujärjestelmä mittaa levyjen ja kaarien jännityksiä useissa kohdissa. Olisi myös mahdollista ekstrapoloida nämä mitatut jännitykset muille alueille. Menetelmä perustuu mittojen, kuormituksen ja jännityksen väliseen suhteeseen. Levyille 10 jännitys voidaan laskea seuraavasta kaavasta: (sf aPL«:pjj jossa t on levyn paksuus ja p on jäänpaine. Kaarille vastaava suhde on s2 ·12 °FR κ P--γ~ jossa I on kaariväli ja Z on kehyksen elastisen osuuden moduuli. Näiden suhteiden • · · 15 avulla voidaan muuntaa jännitykset, jotka on mitattu kohdasta, jossa mitat s, I, t ja ! “ Z (myös a ja β, jos muoto otetaan huomioon kuten ensimmäisessä menetelmässä) tunnetaan, muihin sijaintikohtiin, missä mitoilla on hieman erilaiset arvot.

Mf • · • · : .·. Lisäksi keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa jääkuorman tarkkailujärjes- • · · "··! telmässä on esitettävä yhtenäisvakavuusaste. Selvimmin tätä mittaisi mitattu tai "** 20 päätelty, so. laskettu, jännitys muilla alueilla kuin mittauspaneelilla jaettuna myötö- ,, jännityksellä oy. Mittausohjelmisto voisi etsiä kullekin jääkuormatapahtumalle suu- • · :m“ rimman jännityksen levy- ja kaarijännitysten joukosta ja sitten esittää tämän (sekä tiedon, missä sijaintipaikassa maksimi esiintyi). Näin ollen vakavuusaste S on (jos ·*·.. kaikkia mitattuja tai laskettuja Npl levyjännityksiä merkitään Opu, i=1 ,...,NPL ja • .**·. 25 kaikkia mitattuja tai laskettuja Nfr kaarijännityksiä merkitään ofr,i, i=1.....Nfr): II* s= MAX ropL,i^FR,j :***: i = !».·>,NPL,j = l,...,Nfr σγ; σγ ,

··· L,,JJ

118610 17

Vakavuusasteen yksikkö on edullisesti [S] = %, ja keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti näytöllä käytetään värikoodia eri vakavuusasteille.

Väsymisanalyysi kaarille, joissa anturit sijaitsevat, tehdään käyttäen Rainflow-menetelmää. Rainflow-rutiini toteutetaan tarkkailuohjelmaan. Rainflow-laskenta 5 tehdään standardin E 1049-85 (uudelleen hyväksytty 1990) (The American Society of Testing and Materials) mukaisesti. Rainflow-analyysi tehdään mitatuille jännityksille. Kaarijännitykset mitataan esimerkiksi 4 jännitysanturilla ja levyjännitykset 2 jännitysanturilla kussakin paneelissa. Tiedot Rainflovv-analyysistä kirjoitetaan edullisesti lokitiedostoon jatkoanalysointia varten.

10 Kuviossa 10 on esimerkkinä esitetty räjäytyskuva keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa jääkuorman mittausjärjestelmässä käytettävästä jännitys-anturista 1000, missä jännitysanturiin 1000 kuuluu jännitystä mittaava elin 1002, joka voi olla toteutettu esimerkiksi venymäanturina, jonka resistanssi ja lähtöjänni-te on verrannollinen rakenteen 1004 venymään. Alan ammattilaiselle on kuitenkin 15 selvää, että myös muunlaisia tekniikan tasosta tunnettuja jännitystä mittaavia elimiä voidaan käyttää, kuten esimerkiksi akustisia, optisia tai pneumaattisia mittareita, joiden lähtösignaali voidaan muuntaa mitattuun rakenteen venymään verrannolliseksi sähköiseksi signaaliksi.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa jännitystä mittaava elin 1002 on järjestetty . .·. 20 kiinnitettäväksi vasten mitattavaa rakennetta 1004. Jännitysanturiin 1000 kuuluu • · « ,"* myös jännitystä mittaavaa elintä 1002 peittävä kotelo 1006, sekä referenssilevy : 1008 jännitystä mittaavan elimen vieressä. Referenssilevyä käytetään lämpötila-

• M

*;;j kompensointiin. Jännitysanturi 1000 sisältää lisäksi tukielimiä 1010, jotka hitsataan :···: mitattavaan rakenteeseen 1004 niin, että tukielimet 1010 tukevat ainakin koteloa • * : 25 1006 ja referenssilevyä 1008.

• · · • · • *

Kuviossa 11 on esimerkkinä esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon ... mukaisesti tarkkailtavaan rakenteeseen 1004 kiinnitetyssä jääkuorman mittausjär- jestelmässä käytettävä jännitysanturi 1000, jossa jännitystä mittaava elin ja sen johdinliitännät (edullisesti jännitysanturin kotelon sisällä) on peitetty piillä mekaani-30 sen suojauksen toteuttamiseksi, ja kotelo on tiivistetty suojamassaa varten ja täy-:]**: tetty polyuretaanimassalla, epoksilla tai vastaavalla jännitysanturin suojaamiseksi . *. kosteutta ja korroosiota vastaan.

t * * • · · ··* ·

Edullisesti pinta, johon jännitystä mittaava elin on tarkoitus kiinnittää, käsitellään Oxsilanilla, jottei vesi tai kosteus tunkeutuisi pinnan ja jännitystä mittaavan elimen tai suojamassan väliin. Oxsilan edullisesti muodostaa kemiallisen yhdisteen metal lipinnan ja myös suojamassan, kuten polyuretaanin tai epoksin, kanssa.

,8 118610

Keksintöä on edellä selostettu viitaten edellä mainittuihin suoritusmuotoihin, ja keksinnön useita etuja on havainnollistettu. On selvää, että keksintö ei rajoitu näi-5 hin suoritusmuotoihin vaan käsittää kaikki mahdolliset suoritusmuodot, jotka lukeutuvat keksinnöllisen ajatuksen ja seuraavien patenttivaatimusten suojapiiriin.

m » • · · • · · • · » ·· • · • · · ··· • · · · ··· • t • · ··· · • · t • · · ··· · • · · • · • · ·· · • t • · • ·♦ • · · • • · • · · • · • · • · · i·» • · • « ··· • · • · « • · · • tl · ··· • · • · f··

Claims (15)

19 118610

1. Jääkuorman tarkkailujärjestelmä (500) jään aiheuttamien kuormien tarkkailemiseksi aluksen (501) rakenteessa, missä aluksen rakenteeseen kuuluu ainakin kuorilevy (102), pystykaaria (106), jotka ovat oleellisesti kohtisuorassa kuorilevyä 5 (102) vastaan, sekä pitkittäiskaaria (104), jotka ovat oleellisesti vaakatasossa ja kohtisuorassa kuorilevyä (102) vastaan, jääkuorman tarkkailujärjestelmän (500) käsittäessä yhdistelmän jännitysantureita (S, P, F), joista kukin on järjestetty muuntamaan rakenteen muodonmuutoksia niihin verrannolliseksi signaaliksi, tietojenkäsittely-yksikön (506), sekä anturit (S, P, F) tietojenkäsittely-yksikköön (506) 10 yhdistävän tietoverkon (508), ja jossa anturien yhdistelmään kuuluu ainakin kaaren taipumisjännitysantureita (F), levyjännitysantureita (P) ja kaarivoima-anturi (S), ja jossa tietojenkäsittely-yksikkö (506) on järjestetty keräämään signaalit antureilta (S, P, F) myöhempää analysointia varten, tunnettu siitä, että anturit on järjestetty useaksi anturipaneeliksi (502, 504), joista vähintään yksi (504) sijaitsee kuorma-15 vesirajan korkeudella ja vähintään yksi (502) sijaitsee painolastivesirajan korkeudella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa vain yksi anturipaneeleista (502, 504) on aktiivinen kerrallaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa aktii- , ... 20 visen anturipaneelin (502, 504) valinta riippuu aluksen kuormitustilanteesta. » · t IM

• · : *·· 4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes- telmä, jossa anturit on järjestetty aluksen keulan alueelle ja erityisesti alueelle, missä jääkuorman tai jääkuorman suhteessa rakenteen kapasiteettiin odotetaan • olevan suurimmillaan. »<· · • · · • · ···* 25

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes telmä, jossa kaarivoima-anturit (S) on asennettu pitkittäiskaarelle (104) ja pitkit- ·· i *·· täiskaaren (104) neutraaliakselille (202).

··· « · • · ./* 6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes- ϊtelmä, jossa levyjännitysanturit (P) on asennettu kuorilevyyn (102) kaarten väliin ja 30 pitkittäiskaarten (104) puoliväliin. • 9 m • 99 :;j.:

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes- • * *···* telmä, jossa kaaren taipumisjännitysanturit (F) on asennettu kaarilaippaan (104a) ja kaaren puoliväliin. 118610 20

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa tietojenkäsittely-yksikkö (506) on järjestetty määrittämään rakenteeseen vaikuttava ulkoinen kuorma kertomalla kunkin jännitysanturin signaaliin verrannolliset mitatut liukumaerot vaikutuskerroinmatriisilla.

9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes telmä, jossa jääkuorman tarkkailujärjestelmä on järjestetty arvioimaan kuorma rakenteen kaikilla potentiaalisesti kriittisillä alueilla anturien (S, P, F) sijaintipaikkojen lisäksi.

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjes-10 telmä, jossa jääkuorman tarkkailujärjestelmä on järjestetty prosessoimaan signaaleja yhtenäisvakavuusasteen selville saamiseksi.

11. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa jääkuorman tarkkailujärjestelmä on järjestetty ennustamaan maksimi-jääkuorma tietylle aikajaksolle käyttäen sovitettua hajaumamallia havaittuihin kuor- 15 miin.

12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-7 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa jännitysanturiin kuuluu jännitystä mittaava elin (1002), joka on järjestetty kiinnitettäväksi mitattavaan rakenteeseen (1004), jännitystä mittaavaa elintä (1002) peittävä kotelo (1006), referenssilevy (1008) jännitystä mittaavan elimen 20 vieressä sekä tukielimiä (1010), jotka hitsataan mitattavaan rakenteeseen ja tuke- :***·♦ vat koteloa (1006) ja referenssilevyä (1008). ··♦ * ”.'1'

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa jännitystä mittaava elin ja sen johdinliitännät peitetään piillä niiden mekaaniseksi :;j.: suojaamiseksi, kotelo tiivistetään suojamassaa varten ja täytetään polyuretaani- ♦ « *♦♦·* 25 massalla tai epoksilla jännitysanturin suojaamiseksi kosteutta ja korroosiota vas taan. ·· e « • «« .···.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, jossa rakenteen pinta, johon jännitystä mittaava elin on tarkoitus kiinnittää, käsitel- * “ lään Oxsilanilla, jottei vesi tai kosteus tunkeutuisi pinnan ja jännitystä mittaavan 30 elimen tai suojamassan väliin. ♦ · ♦ · ·

15. Jonkin patenttivaatimuksen 12-14 mukainen jääkuorman tarkkailujärjestelmä, • » *···* jossa jännitystä mittaava elin on toteutettu venymäanturina, jonka resistanssi ja 118610 21 lähtöjännite on verrannollinen rakenteen venymään, tai optisena anturina, jonka lähtösignaali on verrannollinen rakenteen venymään.