Data wydruku - Politechnika Gdańska

Nazwa przedmiotu
Wybrane zagadnienia kierunku dyplomowania
Kod przedmiotu
O:091090n
Jednostka
Katedra Hydromechaniki i Hydroakustyki
Kierunek
Oceanotechnika
Obszary
kształcenia
Nauki techniczne
Profil kształcenia
ogólnoakademicki
Rok studiów
2
Typ przedmiotu
Obowiąkowy
Semestr studiów
4
Poziom studiów
II stopnia
ECTS
1.0
Liczba punktów
ECTS
Aktywność studenta
gk
Udział w zajęciach dydaktycznych objętych planem studiów
18
Udział w konsultacjach
pw
0
Praca własna studenta
Suma
Wykładowcy
7
18
7
Łączna liczba godzin pracy studenta
25
Liczba punktów ECTS
1.0
dr inż. Paweł Dymarski (Osoba opowiedzialna za przedmiot)
Cel przedmiotu
1. Zapoznanie się wzajemne studentów z zagadnieniami związanymi z projektowaniem kształtu kadłuba
(prezentacje studentów dotyczące tematów związanych z projektowaniem kadłuba i/lub tematy pokrewne).
Opanowanie metod prezentowania problemów technicznych związanych z tematyką studiów.
2. Opanowanie umiejętności wykorzystania oprogramowania do projektowania geometrii kadłuba oraz
sporządzania podstawowych analiz hydrostatycznych i oporowych (programy DelftShip / FreeShip).
Wykorzystanie, utrwalenie i zweryfikowanie nabytych umiejętności z zakresu projektowania i teorii okrętu.
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
1 z 8
Efekty kształcenia
Sposób realizacji
Wymagania
wstępne i
dodatkowe
Odniesienie do efektów
kierunkowych
Efekt kształcenia z przedmiotu
Sposób weryfikacji efektu
[K_W15] ma rozszerzoną i
pogłębioną wiedzę w zakresie
projektowania złożonych procesów
technologicznych budowy i
remontu kadłubów statków,
jachtów i innych obiektów
oceanotechnicznych wytwarzanych
ze zróżnicowanych materiałów i/
lub procesów technologicznych
budowy i remontu systemów
napędowych i urządzeń
ogólnookrętowych.
- student potrafi uwzględnić
możliwości technologiczne
istniejących stoczni (i ogólnie
przemysłu) w procesie
projektowania okrętu
[SU3] Ocena umiejętności
wykorzystania wiedzy uzyskanej
w ramach różnych modułów
[K_W14] ma szczegółową i
podbudowaną teoretycznie wiedzę
niezbędną do wykonywania
złożonych i kompleksowych
projektów z zakresu odpowiednio:
systemów napędowych i urządzeń
ogólnookrętowych, projektowania,
konstrukcji i wytwarzania statków
i innych obiektów
oceanotechnicznych, oraz
projektowania jachtów. Ponadto
zna zasady dokonywania
wielokryterialnych analiz
przyjętych rozwiązań
projektowych oraz metody
optymalizacji z punktu widzenia
przyjętych kryteriów.
- student potrafi użyć narzędzi do
projektowania geometrii kadłuba
statku, - student zna „topologię”
powierzchni kadłuba – potrafi
podzielić ją na elementy i każdy z
nich zaprojektować wraz z
połączeniami, - student potrafi
wykonać wstępny projekt
geometrii kadłuba statku (lub
jachtu) w oparciu o przyjęte
założenia projektowe,
ograniczenia projektowe i
dodatkowe parametry, - student
potrafi analizować uzyskane
rezultaty, znajdować błędy własne
i błędy wynikające z działania
oprogramowania
[SU4] Ocena umiejętności
korzystania z metod i narzędzi
[SU1] Ocena realizacji zadania
[K_W08] ma wiedzę dotyczącą
perspektyw rozwoju obiektów i
urządzeń oceanotechnicznych,
oraz zna nowe, najistotniejsze
osiągnięcia z zakresu
oceanotechniki
- student zapoznaje się bieżącymi
tematami (nowinkami) z zakresu
oceanotechniki (wysłuchując
prezentacji kolegów na tematy
dotyczące bieżących zagadnień w
przemyśle okrętowym)
[SU2] Ocena umiejętności
analizy informacji
[K_W13] ma obszerną wiedzę z
zakresu nauk przyrodniczych
umożliwiającą zrozumienie
procesów fizycznych zachodzących
podczas budowy i eksploatacji
obiektów oceanotechnicznych i
systemów będących na
wyposażeniu tych obiektów a
także ich interakcji z otoczeniem.
- student potrafi wykorzystać
wiedzę zdobytą podczas zajęć z
innych przedmiotów jak:
"projektowanie okrętu", "teoria
okrętu", jak rózwnień
"konstrukcja okrętu"
[SU3] Ocena umiejętności
wykorzystania wiedzy uzyskanej
w ramach różnych modułów
na uczelni
- podstawowa wiedza z zakresu projektowania okrętu:
-- geometria kadłuba i związane z nią pojęcia oraz współczynniki,
-- podstawowe wzory wskaźnikowe opisujące w sposób uproszczony zależności pomiędzy parametrami
kadłuba statku,
- podstawowa wiedza z zakresu teorii okrętu:
-- hydrostatyka okrętu: krzywa pól wręgowych, krzywe hydrostatyczne, pantokareny, krzywa ramion
prostujących,
-- opór okrętu oraz uproszczone metody wyznaczania oporu
- podstawowe umiejętności posługiwania się dowolnym oprogramowaniem CAD/CAM (np.: NX, Inventor,
AUTO-CAD),
- posługiwanie się arkuszem kalkulacyjnym (np.:Excel, OpenOffice Calc)
Zalecane
komponenty
przedmiotu
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
2 z 8
Treść przedmiotu
(Zajęcia odbywają się w sali z komputerami z zainstalowanym odpowiednim oprogramowaniem i z
projektorem).
Poniższy grafik należy traktować jako orientacyjny
Zajęcia nr 1:
Ogólne omówienie tematu przedmiotu i zasad zaliczenia oraz tematów prezentacji.
Na zajęciach nr 2
Studenci wybierają sobie typ statku oraz wstępnie określają jego wymiary.
Typy statków: kontenerowiec, masowiec, PSV, Heavy-Lift, i inne (po konsultacji z prowadzącym).
Prezentacje studentów na tematy zagadnieniami związanymi z projektowaniem kształtu kadłuba (tematy
są skonsultowane z prowadzącym). Długość trwania prezentacji – około 10 minut, z możliwością
przedłużenia w przypadku „tematów specjalnych”
Zajęcia nr 3:
Wstępna prezentacja możliwości programu DelftShip / FreeShip oraz podstawowych pojęć i funkcji
związanych modelowaniem geometrii w tym oprogramowaniu.
* Uwaga: Studenci są zobowiązani do zapoznania się z instrukcją programu DelftShip / FreeShip we
własnym zakresie (!) i korzystania z tej instrukcji w trakcie wykonywania projektu.
Na zajęciach nr 3 studenci przedstawiają podstawowe założenia projektowe (uzgodnione z prowadzącym)
oraz główne parametry projektowanego statku (na podstawie analiz jednostek podobnych), jak również
wybierają jednostkę wzorcową (wymagane posiadanie podstawowych wymiarów i parametrów oraz plan
generalny tej jednostki).
Prezentacje studentów na tematy zagadnieniami związanymi z projektowaniem kształtu kadłuba
Zajęcia nr 4:
Prezentacja możliwości programu DelftShip / FreeShip ciąg dalszy. Omówienie głównych zasad
modelowania kształtu kadłuba.
Rozpoczęcie projektowania kadłuba o zadanych wymiarach głównych (na podstawie jednostki podobnej).
Każdy student projektuje jednostkę wg swoich założeń, prowadzący projektuje przykładową jednostkę
pokazując ważniejsze etapy przygotowania modelu 3D.
Poznanie funkcji skalowania „scale”.
Zajęcia nr 5:
Projektowania kadłuba ciąg dalszy:
Porządkowanie siatki punktów projektowych (sprowadzanie węzłów siatki do zadanych płaszczyzn
wrężnicowych), dodawanie pawęży, wstępne definiowanie kształtu w PS oraz zarysu pokładu.
Zapoznanie się z technikami modyfikacji siatki węzłów definiujących powierzchnię: usuwanie/dodawanie
węzłów, usuwanie/dodawanie linii siatki - funkcja „split” / „collapse”, funkcja „extrude”
Zajęcia nr 6:
Projektowania kadłuba ciąg dalszy:
Wstępne definiowanie kształtu w płaszczyźnie owręża (obło) , budowa wstawki walcowej. Określenie
wstępne zarysu płaskiego dna. Formowanie i wygładzanie geometrii w części dziobowej. Wstępne
formowanie nawisu rufowego.
Zapoznanie się z funkcjami wyznaczania podstawowej hydrostatyki kadłuba, w celu kontroli parametrów
kształtu podczas procesu formowania geometrii kadłuba
Zajęcia nr 7:
Kontynuowanie prac z zajęć 6 w celu doprowadzenia kształtu do postaci, którą zaakceptuje prowadzący.
Wyjaśnienia problemów pojawiających się podczas projektowania.
Na tych zajęciach statek powinien mieć już wstępnie ukształtowany zarys w PS, wstawkę cylindryczną,
pokład, (płaskie) dno, wstępnie uformowaną gruszkę dziobową. Kształt powinien być wygładzony
zwłaszcza linia wodnicy konstrukcyjnej. Część rufowa (nawis), wstępnie uformowany. Współczynnik
pełnotliwości kadłuba CB powinien w granicach około 5% być równy docelowemu.
Kontrola krzywizny kadłuba (funkcja „Gauss” i podobne).
Zajęcia nr 8:
Zapoznanie się z funkcjami związanymi z liniami teoretycznymi kadłuba. Określanie położenia płaszczyzn
przecięcia: wrężnic, wodnic, wzdłużnic, w celu analizy kształtu projektowanego kadłuba oraz tworzenia
dokumentacji w postaci linii teoretycznych.
Przypomnienie na temat kształtów/typów części rufowej statków. Zapoznanie się z techniką formowania
gruszki rufowej / skegu. Formowanie części rufowej kadłuba.
Zajęcia nr 9:
Dalsze kształtowanie elementów kadłuba: gruszka dziobowa i rufowa, wygładzanie geometrii kadłuba
kontrolując główne parametry hydrostatyczne (krzywą pól wręgowych, CB, LCB i inne)
Formowanie linii płaskiej burty na podstawie przebiegu pobliskiej wzdłużnicy. Przystosowanie topologii siatki
węzłów do projektowanego kształtu płaskiej burty.
Zapoznanie się z funkcjami transformacji nieliniowej liniowej kadłuba w celu skorygowania CB, LCB.
Zapoznanie się z funkcjami do „eksportu” linii teoretycznych, wyznaczania hydrostatyki kadłuba, oraz
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
3 z 8
krzywej oporu. Użycie funkcji do analizy uzyskanej geometrii
Zajęcia nr 10-do końca:
Prace związane z dokończeniem projektowania geometrii kadłuba. Rozwiązywanie napotkanych problemów.
„Przebudowa” modelu kadłuba jeśli to konieczne.
Uzupełnianie braków. Tworzenie pisemnego sprawozdania z projektu.
Oddawanie projektu
Zalecana lista
lektur
Literatura podstawowa
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
„FreeShip Manual” lub „DelftShip Manual”
Jan Dudziak: „Teoria Okrętu”. Wydawnictwo Morskie Gdańsk 1988
Miłosz Frąckowiak: „Statyka Okrętu”. Politechnika Gdańska 1990
Jerzy Pacześniak, Janusz Staszewski: „Projektowanie okrętów”. Politechnika Gdańska 1976
„Metody obliczeniowe wstępnego projektowania statków. Zbiór 2”. Wyd. Morskie Gdańsk 1976.
Literatura uzupełniająca
[6] D.G.M. Watson: „Practical Ship Design”
[7] Andrzej Zborowski: „Opór okrętu. Część I” (lub Część II). Politechnika Gdańska 1972
[8] Praca zbiorowa: „Poradnik okrętowca, tom II. Teoria okrętu”
- http://www.softpedia.com/get/Science-CAD/Freeship-Plus.shtml - FREE!Ship program
- http://www.ntnu.no/documents/14574940/92cf9231-e674-4dca-8550-f12e6b587ffc - FREE!Ship manual
- http://www.mut.ac.ir/medbook/Practical%20Ship%20Design.pdf - D.G.M. Watson: „Practical Ship
Design” - podręcznik
Formy zajęć i
metody nauczania
Forma zajęć
Liczba godzin zajęć
Suma godzin dydaktycznych w semestrze,
objętych planem studiów
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
Projekt
Seminarium
0.0
0.0
0.0
18.0
0.0
18
W tym kształcenie na odległość: 0.0
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
4 z 8
Metody i kryteria
oceniania
Kryteria oceniania: składowe
Prezentacja
Projekt
Próg zaliczeniowy
Procent oceny
końcowej
0.0
15.0
75.0
85.0
Przykładowe zagadnienia / Przykładowe zadania / Realizowane zadania
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
5 z 8
Na zaliczenie składają się dwie oceny:
- za (wygłoszoną) prezentację o wybranej tematyce związanej z projektowaniem okrętu
- za wstępny projekt kształtu kadłuba (+hydrostatyka+prognoza oporu)
Ocena końcowa jest średnią ważoną:
[Ocena końcowa] = 0,15*[Ocena za prezentację] + 0,85*[Ocena za projekt]
Próg zaliczeniowy:
- prezentacja 0% (nieobowiązkowa),
- projekt 75 %
Część 1. Seminarium
Seminarium ma dotyczyć tematyki związanej zagadnieniami związanymi z projektowaniem kształtu
kadłuba: geometria części dziobowej, rufowej, główne parametry opisujące geometrię kadłuba, wpływ
geometrii na opór i właściwości morskie okrętu, współczynniki oddziaływania, itp.
Zagadnienia związane z projektowaniem jednostek specjalnych, obiektów offshore, itp.
Inne tematy są również do uzgodnienia z prowadzącym.
Prezentacja powinna w możliwie przyswajalny sposób nakreślać problem (proszę o ilustracje, wykresy
itp.), Należy się zastanowić czy wchodzenie zbyt głęboko w szczegóły nie spowoduje, że słuchacze „zgubią
wątek” i nie zaczną się nudzić. Zasadniczo na prezentację macie 10-15 minut.
Punktowane są tematy „na czasie” związane z aktualnymi problemami w przemyśle okrętowym oraz
tematy przekrojowe (dłuższa prezentacja).
Prezentacja nie może być zbyt ogólna „o wszystkim i o niczym”.
Możliwe są tematy z zakresu omówienia narzędzi do projektowania (o ile będzie na to czas...)
Za prezentację wygłoszoną bez publiczności (np.: po czasie) można dostać maksimum 3,0.
Część 2. Projekt kształtu kadłuba
Projekt kształtu kadłuba należy oddać w wersji elektronicznej oraz „na papierze”. W wersji elektronicznej:
plik z geometrią (najlepiej *.fbm), pdf z opracowaniem. Na papierze wydruk opracowania (w tym linie
teoretyczne).
Należy korzystać z podręcznika „Delftship Manual” (lub „FreeShip manual”) dostępnego między innymi w
języku angielskim.
Uwagi na temat modelu geometrycznego kadłuba:
Model geometryczny kadłuba powinien być zbudowany w oparciu o siatkę węzłów i linii na przeważającej
powierzchni regularną. Elementy siatki powinny być w przeważającej liczbie „czworokątami”, dopuszczane
jest (tam gdzie to uzasadnione) stosowanie elementów trójkątnych, rzadziej „pięciokątnych”. Elementy o
większej liczbie węzłów są zasadniczo niedopuszczalne, należy podzielić je na mniejsze.
Duże statki towarowe posiadają takie elementy jak płaską burtę, płaskie dno, obło, gruszkę dziobową,
gruszkę rufową (skeg), pawęż, pokład, itp. Części płaskie powinny być wydzielone na siatce definiującej
powierzchnię kadłuba. Należy zdefiniować dodatkowe linie i węzły które pomogą wydzielić te elementy.
Zasadniczo należy poprowadzić fikcyjną krawędź, która te części wydzieli.
Połączenie gruszki rufowej z nawisem rufowym w niektórych przypadkach ma postać krawędzi (linia
przenikania dwóch powierzchni). Należy to uwzględnić przy budowie siatki węzłów.
Połączenie obła z dnem i płaską burtą jest zasadniczo połączeniem gładkim (brak rzeczywistych krawędzi)
– należy zadbać o styczność obu powierzchni na połączeniach.
Podobnie, wodnice w części rufowej oraz dziobowej łączą się z płaską burtą przy zachowaniu gładkości
krzywej (w części podwodnej). W części nadwodnej dopuszczalne są krawędzie na tych połączeniach.
Gdy kadłub posiada „wyraźną” gruszkę dziobową (większość przypadków) wodnice na wysokości gruszki są
szersze od tych pod i nad gruszką. Na wysokości linii wodnej wrężnice (przy gruszce) są lokalnie wklęsłe.
Uwaga może nie dotyczyć pełnotliwych masowców, o wrężnicach typu U w części dziobowej.
Poza rejonem w okolicy gruszki dziobowej (powyżej niej) oraz połączenia gruszki rufowej z nawisem
rufowym powierzchnia kadłuba jest zasadniczo płaska (burta, dno) lub wypukła – pozostałe rejony.
Wrężnice dochodząc do pokładu (poza rejonem płaskiej burty) najczęściej rozchylają się lub są „lokalnie”
pionowe – wręgi typu U (są nieliczne wyjątki np. dziób typu: X-Bow).
Co powinno się znaleźć w opracowaniu:
1. Założenia projektowe + główne parametry statku projektowanego (na podstawie analizy jednostek
podobnych)
- nośność statku PN,
- długość statku LPP (i/lub LOA),
- szerokość statku B,
- wysokość H,
- zanurzenie T, (T2)
- współczynnik pełnotliwości CB,
- prędkość v.
2. Opis statku wzorcowego
- nośność statku PN,
- długość statku LBP (i/lub LOA),
- szerokość statku B,
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
6 z 8
-
wysokość H,
zanurzenie T, (T2)
współczynnik pełnotliwości CB (jeśli jest dostępny),
prędkość V.
plan generalny (rzut boczny i wybrane przekroje poziome)
3. Opis geometrii kadłuba
3.1. poglądowy opis geometrii i „topologii” powierzchni:
- rzut aksonometryczny siatki węzłów tworzącej kadłub,
- rzut (rzuty) aksonometryczny powierzchni kadłuba,
- rzut (rzuty) aksonometryczny pokazujący krzywiznę powierzchni (Gaussa), opcjonalnie wizualizacja
krzywizny za pomocą funkcji „zebra” (nie wymaga kolorów).
3.2. Formalny opis geometrii
Linie teoretyczne wydrukowane w formacie minimum A3 (czarno na białym)
Podział wrężnicowy powinien być zgodny głównymi pionami statku (PR i PD) i płaszczyzną owręża.
Zwyczajowo odstęp pomiędzy przekrojami wrężnicowymi powinien wynosić:
del_x = 1/20 Lpp (lub del_x = 1/10 Lpp dla krótkich jednostek)
plus wrężnice połówkowe co ½ del_x w części dziobowej i rufowej statku. Wrężnica „0” na PR
* Uwaga: aby współrzędna x=0 przypadała na pionie rufowym (oś trzonu steru), należy użyć funkcji
„move” aby określić prawidłową lokalizację modelu względem układu współrzędnych.
* Uwaga: płaszczyzna KLW przecina linię przekroju kadłuba w PS w miejscu x=Lpp.
Wodnice powinny być odległe od siebie w odległościach del_z = 1m lub 2m (ewentualnie 0,5 m) w
zależności od wielkości zanurzenia statku. Nad płaszczyzną podstawową PP, dobrze umieścić jedną wodnicę
połówkową. Dodać przekrój na KLW. Wodnica „0” na PP.
Odległość pomiędzy płaszczyznami wzdłużnicowymi powinna wynosić: del_y = 1/8 B (można dodać
wzdłużnie połówkowe). Wzdłużnica „0” w PS
4. Hydrostatyka
(jak czegoś nie rozumiesz zajrzyj do [Frąckowiak], [Dudziak] lub [Poradnik Okrętowca t.II])
4.1. Stan projektowy
4.1.1. Umieszczenie strony (stron) z „wydrukiem” hydrostatyki przy zanurzeniu projektowym („Design
Hydrostatics”).
4.1.2. Krzywa pól wręgowych w postaci tabelarycznej i wykresu.
4.2. Krzywe hydrostatyczne
W funkcji zanurzenia należy przedstawić w tabelkach i na wykresie (dla statków o T<10 m co 0.2 m, dla
T>10m co 0.5 m)
- wyporność objętościową V [m3],
- wzdłużne położenie środka wyporu LCB [m],
- pole powierzchni wodnicy Aw[m2] – jeśli nie da się wyliczyć „wprost” to skorzystać z zależności:
Aw(T) = dV/dT
czyli w przbliżeniu:
Aw(T)= delta_V/delta_T
- współczynnik pełnotliwości CB [-]
jeżeli jest problem z uzyskaniem Lw(T) i Bw(T) to podać w przybliżeniu:
CB=V/(L B T) ; gdzie L i B dla zanurzenia projektowego (umieścić odpowiedni komentarz pod tabelą/
wykresem).
(Wielkości dodatkowe na wyższą ocenę):
[ na przykład za pomocą programu FreeShip, lub innych ]
- rzędna środka wyporu VCB [m];
- rzędna metacentrum KMT [m];
- rzędna metacentrum (wzdłużnego) KML [-];
- odcięta środka wodnicy LCF [m];
- współczynnik pełnotliwości wodnicy CW [-];
- współczynnik pełnotliwości owręża CM [-];
- współczynnik pełnotliwości walcowej CP [-];
- szerokość na wodnicy Bw [m];
- długość na wodnicy Lw[m];
Proszę łączyć wielkości pokrewne tak aby możliwie dużo krzywych było na jednym wykresie, np.:
- Wielkości związane z wymiarem pionowym : VCB, KMT, KML,
- Wielkości związane z wymiarem wzdłużnym (poprzecznym): LCB, LCF, Lw,Bw
- Współczynniki pełnotliwości CB, CW, CM, CP;
- Wyporność objętościowa V [m3] i Aw [m2] na jednym wykresie (ewentualnie zastosować dwie skale)
* Uwagi:
- Zwyczajowo zanurzenie T jest na osi rzędnych (oś pionowa) a pozostałe wielkości na osi odciętych (oś
pozioma),
- proszę na wykresach umieścić linię siatki (pionowe i poziome)
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
7 z 8
4.3. Pantokareny i krzywa ramion prostujących (dodatkowe na wyższą ocenę).
[Program FreeShip - „Cross curves”]
Mianem pantokaren określa się wykres (zbiór krzywych) przedstawiających ramię kształtu w funkcji
objętości zanurzonej kadłuba V. Każda krzywa odpowiada innemu kątowi przechyłu statku. Krzywe te
rysuje się np. co 10 stopni (patrz [Frąckowiak],[Poradnik]).
Na podstawie pantokaren można zbudować krzywą ramion prostujących (gdy znany jest stan załadowania
okrętu – czyli V oraz wysokość środka ciężkości ZG).
Na potrzeby niniejszego projektu wysokość środka ciężkości można określić w oparciu o metody
wskaźnikowe projektowania (wstępnego) okrętu.
5. Krzywa oporu i mocy holowanej
Sporządzić korzystając z funkcji programu DelftShip przybliżoną krzywą oporu i obliczyć moc holowania.
Tabela i wykres.
Uwaga: zakres prędkości powinien wychodzić poza prędkość kontraktową (np. v+2kn, ale bez przesady)
Czy uzyskane wyniki oporu/mocy są wiarygodne?
Można sporządzić prognozę oporu za pomocą alternatywnego oprogramowania (lub innych dostępnych
metod), następnie porównać z wynikiem z programu DelftShip (zadanie dodatkowe).
6. Uwagi i wnioski
(opcjonalnie)
7. Proszę podać źródła stosowanych danych, wzorów, metod, itp. (czyli podać literaturę, stronę www, itp.)
Język wykładowy
polski
Praktyki zawodowe Nie dotyczy
Data wydruku:
07.03.2017 18:41
Strona
8 z 8