6 sep. 2021
4 minuten
Harde stormen kunnen steile, brekende golven veroorzaken die met enorme kracht tegen platforms en windturbines slaan. Wetenschappers van NTNU en Sintef bestuderen het gedrag van offshore constructies die aan dit soort golven worden blootgesteld.
Een van de fundamentele – en onopgeloste – problemen bij het ontwerpen van dit soort grote constructies is om precies te kunnen voorspellen hoe ze zullen reageren op extreme spanningen. Wat is precies de belasting van de kracht van krachtige golven die tegen constructies slaan?
Het is belangrijk om uit te breiden wat er bekend is over deze uitdagingen, maar dat vereist systematische experimentele studies van golfimpactscenario’s. Het project zal precies dat doen, waardoor onderzoekers kunnen achterhalen hoe het gedrag van een constructie interageert met de belastingen die erop worden uitgeoefend.
Ze ontwikkelen experimentele methoden om deze interactie te meten. Betere berekeningsmethoden kunnen de industrie helpen bij het ontwerpen van nieuwe offshore-constructies. "Het is cruciaal om de wederzijdse interactie tussen de inslaande golf en de respons van de structuur te begrijpen", zegt postdoc Rene Kaufmann. Zijn focus ligt op het meten van de impact van lokale oppervlaktevervormingen door enorme belastingen. Een belangrijk aspect is ervoor te zorgen dat de meetapparatuur zelf de eigenschappen van de constructie niet aantast. Onderzoekers van SIMLab hebben hun ervaring met op camera’s gebaseerde technieken gebruikt om de structurele respons op belastingen door stoten en explosies te meten.
Maar daarover later meer. Eerst gaan we op reis naar de Noorse Zee:
"Enorme golf op komst"
In 1995 werd het offshore platform ‘Draugen’ zwaar op de proef gesteld bij de Halten Bank, op het Noors Continentaal Plat. Op 12 maart raasde een orkaan door de Noorse Zee en platformmanager Magne Gundersen kreeg een onverwacht telefoontje van het Aberdeen Weather Center.
Het Centrum waarschuwde voor een enorme golf op weg naar het platform. De bemanning had slechts 30 minuten om zich voor te bereiden. De productie werd onmiddellijk stopgezet. Gundersen verzamelde de bemanning van 134 mensen in de sportzaal in het interieur van het platform. Daar stelde hij iedereen gerust door zijn onvoorwaardelijke vertrouwen uit te spreken in de ingenieurs die het Draugen-platform hadden ontworpen.
"Net nadat ik die woorden had gezegd, klonk de luidste, meest huiveringwekkende en gewelddadige ‘BANG’ die ik ooit heb gehoord", zei Gundersen in een interview na het incident.
"We begonnen een steeds grotere beweging onder onze voeten te voelen. (…) De kamer bleef maar stampen. Ik kon niet precies zeggen hoe lang het duurde, maar mijn gok zou meer dan een minuut zijn, "zei hij.
Eerst had de enorme golf de schacht geraakt, voordat hij zich met enorme kracht onder het dek ophief. De afstand tussen het stilstaand waterniveau en het kelderdek van het platform is 30 meter.
Het Draugen-platform op Halten Bank, in de Noorse Zee. Foto: Svema / Creative Commons
COSL
Een ander incident dat bijdroeg aan de motivatie voor Slade vond plaats in de Noordzee in december 2015, toen een grote, steile golf de COSL Innovator-boorinstallatie in donderde. Het platform is ontworpen in overeenstemming met de voorschriften, maar was nog steeds niet bestand tegen de belasting.
Het incident kostte een mensenleven en vier mensen raakten gewond. Ook werd het tuig zwaar beschadigd.
Belasting begrijpen om de belastingsreactie te voorspellen
"Ongevallen zoals met de COSL Innovator roepen de vraag op of we de onderliggende fysica van belasting tijdens gewelddadige golfslag volledig begrijpen. Het is cruciaal om bouwingenieurs te voorzien van gedetailleerde kennis over belastingen, de onderliggende fysica en de materialen. Dit alles is essentieel om te begrijpen en te voorspellen hoe structuren reageren tijdens extreme stress", zegt Vegard Aune, universitair hoofddocent bij SIMLab.
Gecontroleerde modeltests
Kaufmann heeft een achtergrond in stromingsmechanica. Hij is een expert in deflectometrie, die hij omschrijft als een "full-field oppervlaktehellingmeettechniek". De techniek heeft een hoge gevoeligheid en maakt het mogelijk om vervormingen tot op micrometerniveau te meten.
Samen met collega-onderzoekers bracht hij onlangs enkele dagen door in het Ocean Basin Laboratory in Tyholt in Trondheim, waar ze golfslagtesten uitvoerden op kleinschalige modellen. De onderzoekers testten de meettechniek die ze hadden uitgewerkt, namelijk het meten van de belasting als de golf de constructie raakt.
Nu wordt dit nog gemeten met puntmeters die afhankelijk zijn van draden. Het Slade-team heeft het gebruik van lasers en cameratechnieken onderzocht die niet alleen metingen op een bepaald punt leveren, maar mogelijk in tijd en ruimte kunnen bepalen hoe het hele binnenkomende golfveld evolueert naarmate het de structuur nadert.
Hoe grote structuren reageren op sterke golven is nog niet volledig begrepen. Postdoctoraal fellow Rene Kaufmann is een van de onderzoekers die de antwoorden zoekt. Foto: Vegard Aune, SIMLab
Anderen lazen ook
