Abstract: KTH:s Fartygsdynamikprogram har drivits av KTH sedan 2010 i nära samarbete med företagen Wallenius och Seaware/StormGeo och med finansiellt stöd från Sjöfartsverket och Stiftelsen Sveriges Sjömanshus. Föreliggande ansökan gäller fortsatt finansiering av KTH:s Fartygsdynamikprogram för perioden 2017-2019. Den övergripande målsättningen är att förvalta och vidareutveckla forskningsprogrammet som plattform för forskning, utveckling och samverkan inom området fartygs dynamik. Konkret planeras forskningen inom programmet under perioden 2017-2019 fokusera på följande två kopplade delområden.
Delområde 1 / Simulering av fartygs dynamik i sjö: Förmåga att matematiskt simulera fartygs dynamik i sjö är av avgörande betydelse, både för utveckling av förståelse om dynamiskt relaterade problem och hot mot fartygets säkerhet, och för att kunna utveckla förbättrade metoder och beslutsunderlag för design och drift av fartyg med god balans mellan säkerhet, transporteffektivitet och arbetsmiljö ombord. Fartygsdynamikprogrammet har idag två egenutvecklade datorsimuleringsmodeller, en för simulering av deplacerande handelsfartyg i sjö och en för höghastighetsfartyg, vilka utgjort grunden för en stor del av forskningen inom forskningsprogrammet. För att möjliggöra ytterligare fördjupade forskningsstudier och stärka forskningsprogrammets simuleringsförmåga, planeras för en omfattande revision och vidareutveckling av forskningsprogrammets simuleringsmodeller. Idén är att integrera de två olika simuleringsmodellerna till en gemensam datorkod med en modulär kodstruktur. Detta kommer att väsentligt underlätta fortsatt utveckling och tillämpning av simuleringsmodellerna, vilket till exempel kan inbegripa: implementering av förbättrade metoder för fartygs rulldämpning och vågrealisering som utvecklats inom forskningsprogrammet; användning av delar i den nuvarande höghastighetsmodellen vid studier av slamming-belastningar för deplacerande fartyg; metoder för fluid-strukturinteraktion; utökning av antalet frihetsgrader; samt validering. Den nya kodstrukturen kommer även att öka beräkningseffektiviteten vilket förbättrar förutsättningarna för att studera sällan förekommande fenomen som parametrisk rullning och att använda simuleringar som analysverktyg vid design och drift av fartyg och i den pågående utvecklingen av andra generationens intaktstabilitetskriterier inom IMO.
Delområde 2 / Riskbaserade metoder: Idag finns det inom IMO ett fåtal områden där regelverket explicit definierar en säkerhetsnivå som ska upprätthållas, men intentionen är tydlig att nya regler bör bygga på riskbaserade metoder som möjliggör rationell bedömning av säkerhetsnivån. I arbetet med utveckling av andra generationens intaktstabilitetskriterier inom IMO har det dock framgått tydligt att konkret metodik saknas, dels för att definiera konsekventa och realistiska säkerhetskriterier (i form av risknivåer), dels för att rationellt bedöma fartygs säkerhetsnivå baserat på simuleringar på kriterienivå 3 (direct stability assessment) och baserat på detta formulera operationella begränsningar och operationell vägledning till besättningen (operational limitations/operational guidance). Ett annat område med uppenbara brister i tillgänglig metodik och regelverk är i bedömningen av säkerhetsnivåer i förhållande till slamming-belastningar. Syftet är att bidra till kunskapsutvecklingen inom dessa områden med målsättningen att utveckla riskbaserade metoder som ska kunna fungera som länk mellan simuleringar och bedömning av säkerhet och effektivitet för det verkliga fartyget. Tanken är att bygga vidare på de inom IMO etablerade riskbaserade angreppssätten, och att utveckla och definiera en riskbaserad rationalitet för att koppla ihop fartygets tänkta verksamhet med acceptanskriterium som säkerställer betryggande säkerhet; utveckla metoder för att koppla ihop modeller för simulering av fartygets dynamik med kriterier för tillåtna incidentsannolikheter och risknivåer; och att föreslå hur operationella begränsningar kan utformas som komplement till simuleringsbaserade kriterier och bedömningar.Abstract: The KTH Ship Dynamics Research Program (KSDP) has been managed by KTH since 2010, in close collaboration with Wallenius and Seaware/StormGeo, and with financial support from the Swedish Maritime Administration and the Marine Mercantile Foundation. The research has focused on: dynamic stability aspects of RoRo ships; ship route optimization; and high-speed craft dynamics and structure integrity. The results so far are presented in 20 papers in international scientific journals and conferences, 1 PhD theses, 2 licentiate thesis, 15 MSc theses, and numerous reports. KSDP has also served as a platform for dialogue with and support of: the Swedish Transport Agency in the development of the second generation intact stability criteria within the IMO; DNV-GL in the merging of the DNV and GL classification rule sets; companies such as Stena Teknik, SwedeShip, CorPower Ocean, and DAMEN; and the research community through the SRDC committee and the STAB&ISSW conferences. KSDP has also contributed to the education of researchers and engineers at KTH and TU Delft and ship officers at the Kalmar Maritime Academy. This application considers the continued funding of the KTH Ship Dynamics Program (KSDP) for the period 2017-2019. The overall aim is to maintain and further develop KSDP as a platform for research, development, and collaboration within the area ship dynamics. The research is planned to focus on the following two closely interrelated sub-topics. Sub-topic 1 / Ship dynamics simulations: Ability to mathematically simulate ship dynamics is of crucial importance, both for developing understanding of dynamic problems and hazards, and in the development of improved methods as basis for design and operation of ships with good balance between safety and performance. KSDP has two in-house computer simulation models, one for the simulation of displacing ships in waves and one for high-speed craft, which forms the basis for the research within KSDP. To enable further in-depth research studies and to further strengthen KSDP’s simulation capabilities, this sub-topic considers a comprehensive revision and further development and application of the KSDP simulation models. The idea is to integrate the two different simulation models into one computer code with a modular code structure. This will facilitate continued development and application of the simulation models, which for example could consider: implementation of improved roll damping and wave realization models; application of the slamming load module from the high-speed code in the simulation of displacing ships; extension of the degrees of freedom; fluid-structure interaction; and validation. The new code structure will also improve the computational efficiency, which will enhance application of simulations in studies related to ship design and operation and development of the second generation intact stability criteria within the IMO. Sub-topic 2 / Risk based methods: Today there are in IMO few areas where regulations explicitly define a level of safety to be maintained, but there is a clear intention that new regulations should aim to follow a more rational risk based/safety level approach. In the process of developing the second generation intact stability criteria, it has however been made clear that there are obvious limitations in the prevailing methodology for defining consistent and realistic safety criteria (in the form of risk or safety levels), and for rationally assessing ship safety based on simulations on the criteria level 3 (direct stability assessment) and formulating operational limitations and operational guidance. Another area with obvious limitations in the available methodology and rules are in the definition and assessment of safety levels in relation to slamming loads and related structure integrity. The aim is to contribute to the development of knowledge in these areas. The objective is to develop risk-based methodology which could serve as a link between simulations and assessment of safety and performance of the real ship. The idea is to build on the IMO established risk-based framework and develop and define risk-based approaches for connecting the ship’s intended operation with acceptance criteria to ensure adequate safety, to develop tools and methods for connecting models for simulation of ship dynamics with criteria on allowable incident probabilities and risk levels, and to suggest how operational limitations can be defined to complement simulation based assessment.