Framework for holistic design of ferries focusing on lightweight ice going hulls.
Tid: To 2022-09-29 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_fLrJ2yFNToKYcqiqoYUqCQ
Språk: Engelska
Ämnesområde: Farkostteknik
Respondent: Harsha Cheemakurthy , Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik, Naval Architecture
Opponent: Associate Professor Jani Romanoff, Department of Mechanical Engineering, Marine Technology, Aalto University, Finland
Handledare: Karl Garme, Farkostteknik och Solidmekanik; Zuheir Barsoum, Teknisk mekanik, VinnExcellence Center for ECO2 Vehicle design; Magnus Burman, Farkostteknik och Solidmekanik
Abstract
Vattenburen kollektivtrafik ökar i betydelse som en aktiv komponent i kollektivtrafiknätverk i städer. När trängsel och föroreningar ökar i städerna, börjar stadsplanerare se på vattenvägarna. Men utmaningar när det gäller färjeanskaffning, nergångna befintliga färjeflottor och tekniska utmaningar som is på vintern, har skapat motvilja hos kollektivtrafikleverantörer. Forskning visar att färjor kan vara både ekonomiska och miljövänliga. Inte desto mindre finns det grundläggande utmaningar som måste hanteras innan kollektivtrafikleverantörerna känner tillförsikt. För att möta detta identifieras de avskräckande utmaningarna och lösningar undersöks inledningsvis med att systematiskt karakterisera den vattenburna kollektivtrafiken. En bestämd struktur för verksamhetskrav föreslås med objektiva mått. Med dessa som grund introduceras två standardfärjestorlekar som skulle kunna fylla flera transportroller i städer med vattenvägar. För att möjliggöra skräddarsydda lösningar i olika städer, etableras en mudulariserad plattformsarkitektur för färjorna. Färjemodulerna skräddarsys med hänsyn till operativa krav och granskas objektivt med hjälp av en utvecklad utvärderingsmetodik. Metoden omfattar ekonomiska, sociala, miljömässiga och regelverksaspekter. Metodiken syftar till att förbättra kollektivtrafikleverantörernas förtroende för vattenburen kollektivtrafik och föreslår också lösningar för den marina industrin för snabb produktion av kostnadseffektiva, skräddarsydda färjor.
I nästa steg studeras frågan om hållbar sjötrafik vintertid. Fokus är sötvattenis typisk för Stockholmsregionen i Sverige. De isgående färjorna i trafik idag har isförstärkta tunga skrov. Även om det fungerar bra när det är is, presterar de dåligt i jämförelse med icke-isgående färjor under de isfria månaderna. Detta motiverar utveckling av lätta isgående färjor. Undersökningen inleds med studier av interaktionsmekanismerna mellan is och skrov. Därefter undersöks metoder för att uppskatta isbelastningarna. Här hanteras flera begränsningar, kopplade till brist på experimentell data och isens stokastiska natur, med hjälp av en probabilistisk metod. Metoden tillämpas för att generera designlastfall för undersökning av olika lätta konstruktionskoncept. Undersökningen delar upp is-skrovinteraktionen i kvasistatiska, dynamiska och abrasiva belastningsfaser. Flera kandidater för de två första faserna undersöks parametriskt. Valet av strukturkoncept omfattar metallstrukturer, komposit- och sandwichstrukturer. De är valda utifrån nuvarande designpraxis och med varianter inspirerade från naturen. Realistiska modeller för kvasistatiska- och stötbelastningar utvecklas och valideras med experimentdata. De bästa strukturvarianterna för respektive belastningsfas kombineras till förslag av lättviktskonstruktion i tre lager. Tre sådana strukturvarianter utvärderas och jämförs.
Avhandlingen svarar på flera frågor som idag hämmar vattenburen kollektivtrafik. Den väcker samtidigt nya frågor och flera riktningar för framtida studier identifieras. Slutsatserna belyser möjligheten för modulärt skräddarsydda färjor med lättviktsskrov att operera i den vattenburna kollektivtrafiken runt om i världen.