Modellering van het dynamisch snijgedrag van een snijkopzuiger in harde rotstypes

Ten einde de nieuwe Super Post Panamax schepen (19000 TEU, 16 m diepgang) toe te laten is een grotere diepgang nodig in de havens en toegangskanalen. De realisatie van deze grotere dieptes vereist baggerwerken, waarbij grond onder water wordt weggenomen. Geologisch gesproken betekent dieper echter vaak harder. Recente ervaring leert dat het aantal projecten toeneemt waarbij harde tot zeer harde rots moet worden gebaggerd. De snijkopzuiger is hét baggertuig bij uitstek voor het baggeren van rots. Baggeren van grond met een snijkopzuiger verloopt steeds in een aantal fases die elkaar wederzijds beïnvloeden: uitbreken van de grond, mengen van de uitgebroken grond met water, opzuigen, verpersen en deponeren van het mengsel. Dit onderzoeksproject richt zich uitsluitend op de eerste fase van het uitbreken van rots. Andere baggerfases en grondsoorten blijven buiten beschouwing. Bij het uitbreken van rots beïnvloeden twee processen elkaar wederzijds: het uitbreek- en het slijtproces, beide sterk afhankelijk van het zeer heterogene rotsmassief t.o.v. de dimensies van het werkgebied van een snijkopzuiger. Al deze effecten beïnvloeden de kostprijs van een project in negatieve zin. In het eerste onderdeel van dit onderzoek wordt een model van de snijkopzuiger opgebouwd. Dit is een puur mechanisch model, waarbij de interacties tussen de verschillende aandrijvingen gemodelleerd zijn (rotatieas, zijlieren met ankers, ladder, spud). Een vereenvoudigd krachtenmodel benadert daarbij de contactkrachten met de rots (tanden, spud, ankers). Via inverse krachtidentificatie wordt in een tweede onderdeel het model van de snijkopzuiger alsook het krachtenmodel gekalibreerd en gevalideerd. De onvoorspelbaarheid en de variabiliteit van de grondinteractie (uitbreek- en slijtproces van tanden op het meest gedetailleerde niveau, verankering van het werktuig in de omgeving op het meest algemene niveau) veroorzaken een onzekerheid en spreiding op de belastingen, wat een derde onderdeel vormt van het onderzoek. Bovendien werkt de heterogeniteit van het rotsmassief deze onzekerheid en spreiding verder in de hand. De relatief grote heterogeniteit t.o.v. de weinig beschikbare grond-meetpunten en het grote werkgebied van een snijkopzuiger veroorzaakt een grote onzekerheid en spreiding op de rotsparameters. Het model zal niet alleen toelaten de productie van snijkopzuigers vooraf en gedurende het project te optimaliseren, maar zal ook binnen het bedrijf bruikbaar zijn om o.a. - overdracht van trillingen te reduceren ten einde de ergonomie aan boord te verbeteren, en - snijkop- en tandsystemen te optimaliseren, en - werknemers beter op te leiden door de resultaten in de cuttersimulator te implementeren. Bovendien zal het model een uniek beeld leveren van het krachtenspectrum op een snijkopzuiger, wat een impuls kan zijn voor het aantrekken van maritieme leveranciers naar Vlaanderen. Meer algemeen gesproken, kan de generieke methode waarbij eindige-elementenmodellering gecombineerd wordt aan onzekerheidsmodellen ook worden toegepast in andere industrietakken gekenmerkt door complexe en onregelmatige processen zoals bv. de installatie van monopiles voor de offshore windenergie.