Fatigue damage from dynamic ice action

I FATICE har vi jobbet med å forstå hvordan havis kan gi dynamiske laster og bidra til utmatting av bunnfaste marine konstruksjoner. Dette er en vesentlig utfordring i forbindelse med utvikling av for eksempel energiproduksjon fra havvind i Østersjøen. EU ønsker å mangedoble produksjon av elektrisk strøm fra havvind og norsk industri har muligheten til å være blant de verdensledende teknologisk miljøer her. Dette inkluderer minst fire elementer: a) definere is-statistikk, b) predikere konstruksjonsrespons (is-konstruksjon samvirke modellering), c) estimere utmattingsskade og d) gjennomføre ned-skalerte basseng tester. Vi har brukt EUs Copernicus data base sammen med enkle analytiske ligninger for å estimere stor-skal is-statistikk og studert hvordan man kan skalere ned på konstruksjonsnivå ved hjelp av full-skal data fra fyrtårnet Norströmsgrund utenfor Luleå (LOLEIF and STRICE data). En statistisk beskrivelse av 30 år med is data og samt relevante met-ocean parametere har blitt utviklet. I områder med årlig is forekomst har dette gitt brukbar statistikk, mens i områder med lite is må statistikken suppleres med simulering av relevante fysiske prosesser. Vi har videre sammenlignet lokale målinger fra Norströmsgrund med data fra Copernicus og det viser seg at meteorologisk data passer nesten perfekt, mens is-parametere (tykkelse, hastighet og konsentrasjon) har mye større romlig og temporær variabilitet og er vanskeligere å transformere ned til konstruksjonsskala. Særlig lokal istykkelse er vanskelig å predikere direkte fra stor-skala. Målingene på Norströmsgrund ble også brukt sammen med met-ocean-is data og en algoritme ble utviklet som predikerer hvor ofte (dager i året) en konstruksjon i et slikt miljø vil være utsatt for is-induserte vibrasjoner. Den numeriske modellen VANILLA simulerer is-konstruksjons samvirke og har blitt validert mot full-skala målingene fra Norströmsgrund (LOLEIF og STRICE EU prosjektene) og også mot basseng tester fra HSVA i Hamburg. Vi har sammenlignet en fullt koblet is-konstruksjons modell med en tradisjonell u-koblet modell og hovedresultatet er at den tradisjonelle modellen gir en høyere utmattingsskade-indeks og vil kunne overestimere effekten av drivende is og gi en for dyr konstruksjon. I FATICE har vi studert den vanlige forutsetning om lineær skade akkumulering og studert lastkombinasjoner fra is, vind og bølger gjennom å analysere simulerte tidsserier med de ulike miljølastene. Hovedresultatet er at havis gir mye høyere lastamplitude, men at det blir vesentlig færre sykluser. Isen som vanligvis brukes i tradisjonelle bassengtester er ofte for myk, eller viskøs slik at realistiske sammenbrudds-mekanismer i isen og realistiske tid-kraft målinger er vanskelig å få til. HSVA har utviklet en ny type modell-is (Is-Knusing-Modell-Is ICMI) med større iskrystaller og mer uniform tekstur en tradisjonell modell-is.

De viktigeste effektene er: 1. Vitenskapelige partnerne går ut av prosjektet som verdensledende innen estimering av utmatting fra dynamiske islaster på bunnfaste konstruksjoner for Havvind. 2. Et styrket samarbeid mellom europisk industri og akademiske institusjoner 3. Utdannelse av MSc og Phd kandidater til europeiske industri og samfunn 4. Vi fortsetter et digitalt forum for videreutvikling av fagfeltet

FATICE deals with assessment of fatigue damage on fixed offshore structures exposed to drifting sea ice. Offshore structures are important for European industry and society with respect to exploitation of oil and gas, other mineral resources, aids for navigation and Development of offshore wind. Fatigue is one of the main challenges for these structures and the present guidelines include large uncertainties that may give very heavy and expensive structures. This has three main reasons: a) Ice conditions are poorly defined, b) ice loads and structural response are estimated independently and c) the assumption of linear (or independent) damage accumulations found in fatigue estimation. We will combine the two fields of Ice-induced Vibrations (IIV) and Fatigue assessment to a) define time-series of load cycles and structural response (occurrence of IIV + coupled ice-structure interaction model) and b) develop a new method to assess fatigue life through Variable Amplitude Loading (VAL). This allows for the first time for the design of reliable and thus cost-efficient fixed offshore structures exposed to drifting sea ice and consequently for recommendations for novel guidelines. The project will be led by Norwegian University of Science and Technology (NTNU), the other partners are Hamburg Ship Model basin (HSVA), Technical University of Hamburg (TUHH), DIMB Engineering and Siemens Wind Power (SWP). Additionally, TÜV Nord will contribute to fatigue assessment without being a full project partner. Together the partners have a worldwide unique competence to address assessment of ice induced fatigue damage on fixed offshore structures. The seven work packages starts with analysis of available full-scale data (WP1) providing data for WPs 2 -5. WPs 2-4 deal with IIV, response curve in WP2, modelling in WP3 and model basin testing in WP4. WP5 deal with fatigue assessment. In WP6, the recommendations for new guidelines are developed. Finally, WP7 will carry out cases studies.