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On methodology for a digital twin of ship propulsion under harsh environmental conditions

Purcell, Etienne und Nejad, Amir und Böhm, Angelo und Sapp, Lina und Lund, Jorrid und von Bock und Polach, Franz und Nickerson, Brendon M. und Bekker, Anriëtte und Gilges, Markus und Saleh, Ahmed und Lehmann, Benjamin und Jacobs, Georg und Valavi, Mostafa und Kranz, Tobias (2024) On methodology for a digital twin of ship propulsion under harsh environmental conditions. In: 43rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, V006T07A024. American Society of Mechanical Engineers. 43rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, 2024-06-10 - 2024-06-13, Singapore, Singapore. doi: 10.1115/OMAE2024-124047.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
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Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/OMAE/proceedings-abstract/OMAE2024/87844/V006T07A024/1202649

Kurzfassung

The propulsion system of a ship is a critical element for its safety and integrity. Therefore, it must be maintained properly to ensure that a vessel is able to fulfill its primary purpose. The need for maintenance is even more pronounced in ships where extreme environmental conditions, such as ice-covered waters, are expected. This is due to an increase in the magnitude and uncertainty of loads and therewith the increase in possible damages if the propulsion system fails. The use of digital twins is becoming increasingly popular in shipping and can also be used for intelligent maintenance and operation prediction of the propulsion system. This paper proposes the methodology of creating such a digital twin with a specific focus on the required measurement infrastructure, modeling of components, loads, and damage as well as how all of these aspects are combined. The digital twin was created using a polar supply and research vessel, S.A. Agulhas II. Bearings are discussed from the view of high-fidelity simulations and wear modeling. The propeller is modeled as a point mass with the propeller laws for predicting the hydrodynamic torque and thrust. Shaft dynamics are modeled using either a lumped-mass torsional model, a modal model, or a finite element model. Damage of the shaft and the propeller is based on SN-curve fatigue calculations. The motor torque is modeled using an equivalent circuit model while motor damage is modeled by estimating the hottest temperature within the motor windings. Ice-breaking simulations are used as inputs to propeller-ice interaction models to obtain insight into the loads caused by these interactions. The material properties of ice used during simulations are validated using experiments. The need for further validation for low-fidelity models and the need for reduced order modeling or surrogate models for high-fidelity models are discussed. Finally, the implementation of this digital twin is discussed based on the developed model and the found problems that still need to be overcome to increase the technology readiness level.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206911/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:On methodology for a digital twin of ship propulsion under harsh environmental conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Purcell, Etienneetienne.purcell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nejad, AmirNorwegian University of Technology, Trondheim, NorwayNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Böhm, AngeloHamburg University of Technology, Hamburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sapp, LinaHamburg University of Technology, Hamburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lund, JorridHamburg University of Technology, Hamburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
von Bock und Polach, FranzHamburg University of Technology, Hamburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nickerson, Brendon M.Stellenbosch University, Stellenbosch, South AfricaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bekker, AnriëtteStellenbosch University, Stellenbosch, South AfricaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gilges, MarkusRWTH Aachen University, Aachen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saleh, AhmedRWTH Aachen University, Aachen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lehmann, BenjaminRWTH Aachen University, Aachen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jacobs, GeorgRWTH Aachen University, Aachen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Valavi, MostafaEDR & Medeso AS, Lysaker, NorwayNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kranz, TobiasOtto Piening GmbH, Glückstadt, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 August 2024
Erschienen in:43rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1115/OMAE2024-124047
Seitenbereich:V006T07A024
Verlag:American Society of Mechanical Engineers
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Digital twin, Ship propulsion, Simulation
Veranstaltungstitel:43rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering
Veranstaltungsort:Singapore, Singapore
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:10 Juni 2024
Veranstaltungsende:13 Juni 2024
Veranstalter :ASME
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: Geesthacht
Institute & Einrichtungen:Institut für Maritime Energiesysteme > Abteilung Virtuelles Schiff
Hinterlegt von: Purcell, Etienne
Hinterlegt am:07 Okt 2024 08:50
Letzte Änderung:07 Okt 2024 08:50

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