Das Teilprojekt fokussiert auf die Abhängigkeiten zwischen Wetterlage, Arbeitsgerät (z. B. Kranschiff, Schleppschiff) und Bauteil, um insbesondere die bautechnische Realisierbarkeit und die Anforderungen von Offshore-Megastrukturen auf See zu bewerten und frühzeitig ins Design und in den Betrieb für Inspektions- und Wartungsarbeiten mit einfließen zu lassen. Im Kern geht es bei der technischen Realisierbarkeit und bei Wartungseinsätzen um die Vorhersage des Schwimm- und Bewegungsverhaltens von Bauteilen und Arbeitsgeräten aufgrund von hydrodynamischen Einwirkungen aus Wellen und Strömungen. Wenn die Einwirkungen zu starke Strukturbewegungen verursachen, lassen sich die Strukturelemente nur sehr schwer oder gar nicht kontrolliert positionieren, absenken, einbauen und auch Wartungsschiffe können Techniker und Material nicht transferieren.

Trotz vieler Erkenntnisse durch bisherige Forschungen ist die Modellierung der Fluid-Bauteil- und der Fluid-Schiff-Interaktion auch heute noch eine große Herausforderung. Die Qualität der Bewegungsprognosen hängt von den zugrunde liegenden Annahmen für die modellierte Umströmung und Wirbelbildung ab. Dabei sind sprunghafte Änderungen der umströmten Hülle bzw. schnelle Änderungen der Wasserlinienfläche auch heute noch ein grundlegendes Modellierungsproblem für die Bewegungsprognose im Seegang, die bei Offshore-Bau-strukturen im Vergleich zu Schiffsrümpfen noch ausgeprägter auftreten. Die Arbeitshypothese ist, dass die Unstetigkeiten in der Hüllform, Wirbelentwicklungen und viskosen Effekte einen relevanten Einfluss auf die Strukturbewegungen im Seegang haben, weil sie sowohl das Druckfeld auf die Strukturhülle als auch die hydrodynamische Masse bestimmen. Das wirkt sich erheblich auf die Zähigkeits- und Trägheitskraft aus und somit direkt auf die Bewegungsbestimmung. Von der erzielbaren Genauigkeit hängt aber die Vorhersage der Strukturbewegung im Seegang und damit die Bewertung der Machbarkeit der Offshore-Operation ab. Methodisch werden in TP A06 daher insbesondere sehr ausgeprägte Unstetigkeiten in der Hüllform und die hydrodynamischen Prozesse mit grundlegenden Laborversuchen und CFD-Modellen untersucht. Mit den Erkenntnissen aus diesen aufwändigen physikalischen und numerischen Modellierungen wird eine gezielte Rechenmodellreduzierung für die Bestimmung der Strukturbewegungen im Seegang erforscht, worin die Hauptinnovation des TP A06 liegt. Das reduzierte Rechenmodell muss eine aussagekräftige Genauigkeit und insbesondere eine effiziente Rechengeschwindigkeit im Ergebnis liefern, damit das Modell über die Anbindung an den Digitalen Zwilling den Input verarbeiten und den Output liefern kann. Durch die Anbindung an den Digitalen Zwilling wird schließlich die Machbarkeit und Zuverlässigkeit von Installations- und Wartungskonzepten für Entwürfe implementiert, um Strukturentwürfe mit nicht realisierbaren Offshore-Installationen und/oder aufwändigen Wartungskonzepten frühzeitig mit einer geringen Priorität über die Interaktion von TP A06 mit den verknüpften TP zu versehen oder zu verwerfen. Mittels folgender Fragestellungen werden die Gültigkeit und die Limitierungen der o. g. Methoden insbesondere für hydrodynamisch sehr kompakte Offshore-Megastrukturen untersucht und bilden den zentralen Erkenntnisgewinn im TP.

- Mit welcher Parameterauswahl und -dichte sowie Präzision müssen die viskosen Effekte und sprunghaften Änderungen der umströmten Hüllformen aufgrund unstetiger Geometrie modelliert werden, um die sechs Be- wegungsfreiheitsgrade (6 DoF) und die Bewegungsdämpfungen einer schwimmenden Struktur/Plattform zur Installation einer Offshore-Megastruktur mit numerischen Methoden genau genug abbilden zu können?
- Mit welchen Methoden lassen sich die Erkenntnisse, z. B. zu Druckentwicklungen und zu hydrodynamisch mitschwingender Masse, aus dem physikalischen Experiment und den numerischen Modellierungen reduzieren und somit für analytische Modelle zur Echtzeit-Prognose des Schwimmverhaltens übertragen?
- Welche Bauelemente oder auch daran gekoppelte Arbeitsgeräte sind durch Wind, Wellen und Strömung aufgrund des Bewegungsverhaltens im Seegang in welchen Grenzen (Wellenhöhe, -periode, -richtung, Strömungsgeschwindigkeit, -richtung) einsetzbar? Und wie verändern sich die Zeitfenster für Inspektions- und Wartungskonzepte über den Lebenszyklus unter sich verändernden metocean 8 Bedingungen einer Offshore- Megastruktur?

TP A06 gehört innerhalb des SFB zum Cluster Entwurf Tragstruktur und ist im SFB vielseitig vernetzt. In TP A06 fließen zunächst standortabhängige Einwirkungen aus den Clustern Einwirkungen aus Wind und Wellen und Einbindung Meeresboden ein. Mit den Einwirkungen werden Tragstrukturentwürfe modelliert hinsichtlich der möglichen Installationszeitfenster für die standortabhängigen Einwirkungen. Taugliche Entwürfe werden an den Cluster Gekoppeltes Gesamtsystem angebunden.