FreeCAD-Ship s60 tutorial (II)/de

Überblick
Bevor du mit diesem Tutorial beginnst, stelle bitte sicher, dass du bereits der erste Teil durchgeführt hast.

Erfahre mehr über den Schiff Arbeitsbereich auf ihrer speziellen Wiki Seite: Schiffs Arbeitsbereich

Einführung
In diesem Tutorium werden wir mit Gewichten und Tanks arbeiten, um die GZ Kurve, den wichtigsten hydrostatischen Stabilitätsparameter, zu berechnen. GZ ist das statische Moment, das erzeugt wird, wenn das Schiff einen Rollwinkel einnimmt, da der GZ Arm positiv ist, das Schiff ein positives Moment hat und versuchen wird, die aufrechte Position wiederherzustellen, aber wenn GZ negative Zahlen annimmt, hat das Schiff keine Stabilität mehr und erreicht eine kritische Situation.

Die IMO (Internationale Seeschifffahrtsorganisation) legte folgende Kriterien fest:
 * GM >= 0.15 m. GM" (metazentrische Höhe) ist die Anfangstangente der "GZ" Kurve.
 * Der maximale GZ Wert muss über 30 Grad des Rollwinkels liegen.
 * Bei einem Rollwinkel von 30 Grad muss der GZ Wert mindestens 0,2 m betragen.
 * Der beteiligte Bereich der "GZ" Kurve bis zu einem Rollwinkel von 40 Grad muss mindestens 0,090 m - rad betragen.
 * Der beteiligte Bereich der "GZ" Kurve bis zu einem Rollwinkel von 30 Grad muss mindestens 0.055 m · rad betragen.
 * Der beteiligte Bereich der "GZ" Kurve von 30 bis 40 Grad Rollwinkel muss mindestens 0.030 m · rad betragen.

In diesem Tutorium werden wir Gewichte und Tanks für unser Schiff der Serie 60 in einer simulierten Situation einstellen.

Schiffsgewichte
Um die GZ Kurve berechnen zu können, müssen wir die Schiffsgewichte und ihre Position bei jedem Rollwinkel kennen, daher werden die Gewichte in zwei Kategorien eingeteilt:
 * Feste Gewichte, die vollständig mit den Schiffsbewegungen verknüpft sind.
 * Tanks, bei denen sich die Form der Flüssigkeit mit dem Winkel ändert, so dass der Schwerpunkt an jeder Position berechnet werden muss.

Der Schiff Arbeitsbereich bietet zwei verschiedene Werkzeuge zur Erzeugung jeder Instanz.

Gewichtsfestlegungswerkzeug Symbol.

Das Werkzeug zur Definition von Gewichten kann zur Festlegung der ersten Kategorie von Gewichten verwendet werden. Wenn du das Werkzeug zum ersten Mal startest (mit ausgewählter Schiffsinstanz), initialisiert der Schiffs Arbeitsbereich die Schiffsgewichte mit Schiffsleichtgewicht (gleich der Schiffsverdrängung), das auf der X Koordinate des Schiffsgeometrieschwerpunkts und auf Höhe des Konstruktionsentwurfs liegt. Normalerweise gibt es mindestens 2 relevante Gewichte:
 * Struktur.
 * Hauptmaschine (oder mehrere davon).

Also werden wir es ändern. Mit einem Doppelklick auf jede Zelle können wir den Wert bearbeiten und Gewichte einstellen:
 * Struktur, 15000 kg, (-0.1, 0, 1.25) m
 * Steuerbordmotor, 5000 kg, (-6,5, -0,65, 0,5) m
 * Backbordmotor, 5000 kg, (-6,5, 0,65, 0,5) m
 * Notfall Motor, 2500 kg, (0,2, 0, 2,5) m

Gewichtsdefinition 3D Vorschau.

Die Position der Gewichte wird in der 3D Ansicht angezeigt. Hinweis: Die Anmerkungen werden entfernt, wenn das Werkzeug geschlossen wird. Wenn du drückst, werden die Gewichte in deiner Schiffsinstanz gespeichert.

Tanks
Die Tanks müssen über der Festkörpergeometrie als Schiffsinstanz erstellt werden, daher besteht der erste Schritt darin, zwei Bugtanks (einen pro Schiffsseite) Festkörpergeometrien zu erstellen, die wir in Betracht ziehen werden (normalerweise haben Schiffe viele Tanks für Kraftstoff, Süßwasser, Salzwasser, Ladung usw.).

Geometrieerzeugung
Um Tanks zu generieren, laden wir Part Modul, und erzeugen ein Kasten Volumenmodell.

Wir müssen den Kasten bearbeiten, also markieren wir ihn im Attribute und Markierungen Baum und wechseln von der Ansicht zum Datenreiter. Erweitere Platzierung, und in ihnen Position, und setze x auf 1,5, und z auf -1. Wir wollen auch die Kastenlänge ändern, indem wir sie für 5.0 ändern (beachte, dass die Einheiten in mm angegeben werden können, kümmere dich nicht darum).

Die Tankgeometrie wird gemeinsamer Bestandteil der erstellten Kasten- und Schiffsgeometrie sein, so dass wir die Schiff Instanz ausblenden und die s60_IowaUniversity Geometrie anzeigen können. Wenn wir Kasten und s60_IowaUniversity auswählen, können wir die Gemeinsame Arbeitsgang Erzeugung verwenden, die unsere Steuerbordtankgeometrie erzeugt.

Generierte Tankgeometrie.

Wir können den Tank auf der Backbordseite ausführen, indem wir unsere Steuerbordgeometrie auswählen und das Spiegelwerkzeug ausführen und XZ als Spiegelebene wählen.

Um die Geometrie in eine gewöhnliche feste Form unserer Tanks umzuwandeln und unsere s60_IowaUniversity Geometrie wiederherzustellen, können wir Entwurf Modul laden und mit gewählter Steuerbord Tankgeometrie die Höherstufung ausführen und mit der Backbordseite der Tankgeometrie wiederholen. Wir können Geometrien umbenennen als:
 * SteuerbordTankGeom
 * BackbordTankGeom

Wir können erstellte Kästen, die wir nicht mehr benötigen, löschen.

Generierung von Tankinstanzen
Wenn du FreeCAD Schiffsmodul ein anderes Mal neu lädst, können wir ein Werkzeug zum Generieren von Tankinstanzen finden.

Tank instance generation tool icon.

Now we can select StarboardTankGeom and execute tank instance generation tool, where some data must be provided. We will set 40% of filling level, and 925 kg/m$$\mathrm{m}^{3}$$ (fuel approach). When Accept is clicked a new tank instance called Tank is generated. We can rename it as StarboardTank, and hide StarboardTankGeom.

We can repeat the same process in order to generate PortTank.

View of generated weights.

Figure shown our ship result that we will compute.

GZ curve computation
The Ship workbench provide a tool to easily compute a GZ curve.

GZ curve computation tool icon.

With Ship instance selected, we can run the tool. The first thing that we can see at opened dialog is a list with all tank instances found at active document. We want to use both of them, so we click over the tanks that are remarked with a different background.

In order to know the resultant ship displacement and draft we can press Update displacement and draft, taking some time for the computation. We receive following data:
 * Displacement = 37505.5 kg
 * Draft = 0.818664 m

So we are in a unloaded situation, where draft are sightly lower than design draft. Usually lower drafts imply lower ship stability, the draft depends on loading condition, so if we really expect than ship can be operated in this loading condition we can consider implement ballast tanks.

We can also automatically compute ship trim, operation that can take around one minute, retrieving that our ship have 0.95 degrees of trim angle (positive by stern). In this example we will work without trim angle (0 degrees).

Tool request roll angles considered too. In this case we want to know all ship behaviour, so we can set:
 * 0 degrees starting roll angle.
 * 180 degrees ending roll angle.
 * 46 points. One for each 2 degrees. GZ computation can take some time, so take care about the number of points requested.

When we press Accept tool starts the computation. If you run FreeCAD from the terminal you can see work progress. In a couple of seconds we will receive GZ curve.

This tool use pyxplot and ghostscript too. You can see where gz.dat output file has been placed at the report view (View/Views/Report view), and load it with datasheet software (for example libreOffice). Nearby data file several auxiliary files has been created too:


 * gz.dat: Computed GZ curve data.
 * gz.pyxplot: pyxplot layout in order to plot the curve.
 * gz.eps: EPS image version.
 * gz.png: PNG image version.

This files will be overwritten if you executes the tool another time.

Results
Resultant GZ curve.

GZ maximum value is placed over 30 degrees (45 degrees), getting 0.25 m at 30 degrees (0.2 m is the minimum). Up to 30 degrees the area below GZ curve is 0.065 m·rad, up to 40 degrees we have 0.092 m·rad, being the area between 30 and 40 degrees of 0.027 m·rad. So our ship don't meets the IMO requirements. The solution is place ballast tanks.

At the other hand, the ship in this bad condition has positive GZ values up to 95 degrees roll angle, but has not been enough for IMO stability requirements, showing the hard criteria imposed about this item.

Of course this example is not real (first for all fuel tanks cannot be placed in the double bottom structure, or using hull side as structure), but is a good example in order to learn to use Ship Workbench.