Auslegung Blechstärken und Spanten nach Germanischer Lloyd

[AvaVM]

Hallo,

hab mir vor Kurzem mal die Mühe gemacht, das Regelwerk des Germanischen Lloyds für Boote und Yachten bis 24m Länge durchzukauen. Ist in englisch frei erhältlich, also hab ich es dem Thread mal angehängt.
Darin enthalten sind Konstruktionsregeln für Boote und Yachten aller Bauarten (Segel- und Motoryachten, Metall, Holz, Verbund, etc. pp.). Da das Ganze sehr umfrangreich ist, sind die Formeln, Tabellen und Diagramme nicht gerade chronologisch, so dass man viel hin und her suchen muss. Für die Metallfraktion hier die wichtigsten Formeln:

a = Querspantenabstand [m]
e = Längsspantenabstand [mm]
k = Materialfaktor (S235 = 1 , AlMg3 = 2,35)
L = Rumpflänge [m]
v = Geschwindigkeit [kn]

Lastfaktoren [kN/m²]
PdBM = 2,7 x L + 3,29
PdSM = 1,88 x L + 1,76

Geschwindigkeitskoeffizienten (bei Ergebnis < 1 mit 1 ersetzen)
FVB = 0,34 x W(v / W(L)) + 0,355
FVS = (0,024 x v / W(L) + 0,91) x (1,018 – 0,0024 x L)
FVSF = (0,1 x v / W(L) + 0,52) x (1,19 – 0,01 x L)
FVL = 0,075 x v / W(L) + 0,73
FVSL = (0,14 x v / W(L) + 0.47) x (1,07 – 0,008 x L)

Blechstärken
Rumpfboden [mm] = 1,62 x a x FVB x W(PdBM x k)
Rumpfseiten [mm] = 1,62 x a x FVS x W(PdSM x k)
Bodenblech Hauptdeck [mm] = 1,1 x W(L) x W(k) + 1 (Absolutes Minimum = 4mm (St))

Widerstandsmomente für Längs- und Querspanten (Profile der Rahmen)
l=0,045 x L + 0,1 (definiert Abstand der Längswrangen)
W Querspanten [cm³] = 0,35 x a x l² x FVSF x PdSM x k
W Längsspanten am Schiffsboden [cm³] = 2,14 x e x l² x FVL x PdBM x 0,001
W Längswrangen an Seitenwand [cm³] = 0,31 x a x l² x FVSL x PdSM x k


Als Beispiel habe ich einen 13m langen Stahlverdränger durchgerechnet (10 Knoten, Querspantenabstand 0,5m, Längsspantenabstand am Schiffsboden 800mm):

PdBM = 2,7 x 13 + 3,29 = 38,4
PdSM = 1,88 x 13 + 1,76 = 26,2

FVB = 0,34 x W(10 / W(13)) + 0,355 = 0,921 ---> FVB = 1
FVS = (0,024 x 10 / W(13) + 0,91) x (1,018 – 0,0024 x L) = 0,964 ---> FVS = 1
FVSF = (0,1 x 10 / W(13) + 0,52) x (1,19 – 0,01 x L) = 0,84 ---> FVSF = 1
FVL = 0,075 x 10 / W(13) + 0,73 = 0,94 ---> FVL = 1
FVSL = (0,14 x 10 / W(13) + 0,47) x (1.07 – 0,008 x 13) = 0,966 ---> FVSL = 1

Blech Rumpfboden = 1,62 x 0,5 x 1 x W(38,4 x 1) = 5mm
Blech Rumpfseiten = 1,62 x 0,5 x 1 x W(26,2 x 1) = 4,1mm
Bodenblech Hauptdeck = 1,1 x W(13) x W(1) + 1 = 5mm

Für Aluminium (AlMg3): Blechstärke Al = Blechstärke St x W(k)
Alu Rumpfboden = 5 x W(2,35) = 7,7mm
Alu Rumpfseiten = 4,1 x W(2,35) = 6,3mm
Alu Hauptdeck = 5 x W(2,35) = 7,7mm

l = 0,045 x 13 + 0,1 = 0,685
W Querspanten = 0,35 x 0,5 x 0,57 x 1 x 26,2 x 1 = 2,6cm³
---> Bspw. T-Profil (DIN EN 10055) mit 50x50x6mm (Wx = 3,36cm³)
W Längsspanten (Schiffsboden) = 2,14 x 800 x 0,57 x 1 x 38,4 x 0,001 = 37,5cm³
---> Bspw. Blech stehend (Wx = b[cm] x h² [cm²] / 6) ---> 180mm hoch und 8mm stark: Wx = 43cm³
W Längswrangen (Seitenwand) = 0,31 x 0,5 x 0,57 x 1 x 26,2 x 1 = 2,31cm³
---> Bspw. Flacheisen stehend 40x8mm mit Wx = 2,1cm³

Ich habe noch einige andere Boote durchgerechnet, und die herausgekommenen Werte erscheinen mir grundsätzlich sehr plausibel. In der PDF sind noch Berechnungen für zig andere Dinge enthalten. Aber grundsätzlich nach dem gleichen Schema. Für die meisten Formeln braucht man zunächst die richtigen Lastfaktoren (Pxyz) und Geschwindigkeitskoeffizienten (Fxyz).


Gruß,

Markus

/edit: Ahja. W(x) bedeutet Quadratwurzel aus x.

[AvaVM]

Kurzgefasst kamem für einen 24m Aluminiumkat mit 20kn und 0,5m Spantenabstand für die Rumpfböden 11,2mm und -seiten 8,5mm Blechstärke heraus.

[T-Technik]

Hallo Markus,

der Tag war anstrengend u. es ist sehr spät,
ich kann vereinzelten Zeilen nicht folgen,
bekomme andere Ergebnisse .


Mich würde mal unabhängig interessieren wie Loyd dieses rechnet :


Motorjacht L= 24 m mit max 16 kn

Querspanten alle 500 mm
Längst teils 750 mm und 800 mm

In Baustahl St-37-2 oder S235



Hast Du nicht Lust u. Zeit eine tolle Exel-Formeltabelle zu bauen ?



Grüße : TOMMI

[AvaVM]

Zitat von LO-Technik

Hallo Markus,

der Tag war anstrengend u. es ist sehr spät,
ich kann vereinzelten Zeilen nicht folgen,
bekomme andere Ergebnisse .


Mich würde mal unabhängig interessieren wie Loyd dieses rechnet :


Motorjacht L= 24 m mit max 16 kn

Querspanten alle 500 mm
Längst teils 750 mm und 800 mm

In Baustahl St-37-2 oder S235



Hast Du nicht Lust u. Zeit eine tolle Exel-Formeltabelle zu bauen ?



Grüße : TOMMI

Hallo Tommi,

ich werd hier nur ausgenutzt...

Excel Tabelle ist fertig. Kommt morgen oder so. Die Ergebnisse für Deinen Fall sind:

Rumpfboden: 6,7mm
Rumpfseiten: 5,5mm
Deck: 6,4mm
Querspanten: 11,4cm³
Längsspanten: 162,3cm³
Wrangen: 10,1cm³ im Abstand 1,13m

Das Widerstandsmodul eines stehenden Blechstreifens bzw. Flachstahls errechnet sich so: Wx[cm³] = (b[cm] x h[cm] x h[cm]) / 6
Für andere Profile (Winkel etc.) schlägt man besser das Tabellenbuch auf

Gruß,
Markus

[T-Technik]

Nochmals Danke Markus .


Ausgenutzt , da
nn stell Dich mal an der Schlange zum Weinen hinten an .


Ich komme aber immer noch auf andere Zahlen,
wenn ich Deine vereinzelten Zeilen rechne .


In meinem Beispiel habe ich 10 u. 8 mm Rumpf, 6 mm Decks
und Aufbauten in 5 mm vorgesehen .
Jetzt nicht nach Loyd, sondern eigene Sicherheit .



Eine funktionierende Exeltabelle wäre das Highlight Deines Threads hier .
Find ich top !



Viele Grüße : TOMMI

[AvaVM]

Zitat von LO-Technik

In meinem Beispiel habe ich 10 u. 8 mm Rumpf, 6 mm Decks
und Aufbauten in 5 mm vorgesehen .
Jetzt nicht nach Loyd, sondern eigene Sicherheit .

Nunja, welcher Weg der richtige ist, kann ich natürlich nicht beurteilen. Die Ergebnisse nach GL erscheinen mir aber ganz passabel. Einerseits nach Bauchgefühl, andererseits im Vergleich zu existierenden Booten bzw. Yachten. Ich habe nach diesen Ergebnissen einen Stahlverdränger ausgelegt, und komme auch beim Rumpfgewicht damit auf durchaus vernünftige Werte. Werde ich später mal posten.

Doch hier die Excel Tabelle mit oben genannten Formeln. War im Endeffekt eh nur eine copy&paste Geschichte

Gruß,
Markus

[T-Technik]

Richtig, ich habe eine Stufe höher gerechnet .



Aber sag mal bitte, wie kommst Du auf diese Überschrift ?


Rumpfberechnung nach Germanischer Lloyd Sportbootrichtlinie bis 24m


Die EU-Sportbootrichtlinien gelten von 2,5 bis 24 m Rumpflänge .

Erst darüber sind Loyd oder andere Mitbewerber ein muß,
darüber hinaus üppig teuer .


Grüße : TOMMI

[AvaVM]

Hallo Tommi,

die EU Sportbootrichtlinie sagt ja nichts konkretes über die Auslegung aus. Die GL Richtlinie hilft genau dabei, ein Boot konstruktiv auszulegen und die Festigkeitsnachweise zu vereinfachen. Auch wenn die Formeln für Laien kompliziert aussehen, so sind sie dennoch um ein Vielfaches einfacher, als einen Rumpf selbst durchzurechnen. Selbst mit FEM Unterstützung ist es wesentlich komplizierter. Hab das schon ausprobiert...

Gruß,
Markus

[Tulpe]

Zitat von LO-Technik

...
Die EU-Sportbootrichtlinien gelten von 2,5 bis 24 m Rumpflänge .

Erst darüber sind Loyd oder andere Mitbewerber ein muß,
darüber hinaus üppig teuer .
...

Das sind unter 24m für den GL "Sonderfahrzeuge", z.B. Polizeiboote die werden auf feiwilligen-Basis klassifiziert.
z.B. +100A5 HSC Patrol Boat (das orig. "+" des GL krieg' ich hier nicht hin)
Und Gebührensätze sind genau so "üppig" wie bei den "Großen".

[T-Technik]

Hallo alle zusammen .



Hallo Bernd,

sind alles verschiedene Baustellen .

Im privaten Fall kommt man am günstigsten mit den EU-SportbootRL zurecht .
Gewerblicher Vertieb innerhalb der EU erfordert natürlich noch die CE
und was das kostet, entzieht sich meiner Kentnis .

Ich sah aber auch bisher noch kein Sportfahrzeug bis 24 m mit Klasse .



Grüße : TOMMI

[Tulpe]

@ Tommy
Ich hab recht oft mit'm GL zu tun - Behördenfahrzeuge.
Allerdings haben die Boote mit 21m auch nur die GL-Klassegleichwertigkeit.

Um bei Deinem MAN zu bleiben:
Bei "meinen" Böötchen müsst' ich mir den D2442LE401 in die Signatur basteln.

[nav_HH]

Zitat von AvaVM

Hallo Tommi,

die EU Sportbootrichtlinie sagt ja nichts konkretes über die Auslegung aus. Die GL Richtlinie hilft genau dabei, ein Boot konstruktiv auszulegen und die Festigkeitsnachweise zu vereinfachen. Auch wenn die Formeln für Laien kompliziert aussehen, so sind sie dennoch um ein Vielfaches einfacher, als einen Rumpf selbst durchzurechnen. Selbst mit FEM Unterstützung ist es wesentlich komplizierter. Hab das schon ausprobiert...

Gruß,
Markus

Das ist falsch, die Richtline verweist in diesem ganz konkreten Fall auf die ISO 12215-1 bis 12215-9, und da steht eine ganze Menge drin, im Zweifel sogar mehr als beim GL ;)

[AvaVM]

Zitat von nav_HH

Das ist falsch, die Richtline verweist in diesem ganz konkreten Fall auf die ISO 12215-1 bis 12215-9, und da steht eine ganze Menge drin, im Zweifel sogar mehr als beim GL ;)

Hallo Udo,
danke für die Info. Nutzt der GL denn für seine Näherungsformeln auch diese Normen, oder sind die selbst erforscht?

Gruß,
Markus

[AvaVM]

Zitat von LO-Technik

sind alles verschiedene Baustellen .

Im privaten Fall kommt man am günstigsten mit den EU-SportbootRL zurecht .
Gewerblicher Vertieb innerhalb der EU erfordert natürlich noch die CE
und was das kostet, entzieht sich meiner Kentnis .

Hallo Tommi,
aber wie nutzt Dir denn die EU Richtlinie ohne den von navHH erwähnten Normen bei der Konstruktion und den damit verbundenen Festigkeitsnachweisen?

Gruß,
Markus

[nav_HH]

Die Entwicklung der ISO - Standards basiert auf den Regelwerken der Klassifikationsgesellschaften und wurde weiter entwickelt. Man kann der Richtlinie folgend die Anforderungen aus Anhang I der Richtlinie (Grundlegende Sicherheitsanforderungen) auch mit anderen technischen Vorschriften erfüllen, wenn die benannte Stelle dies akzeptiert bzw. man selbst bei Modul A verantworten kann / darf.

[T-Technik]

Zitat von AvaVM

Hallo Tommi,
aber wie nutzt Dir denn die EU Richtlinie ohne den von navHH erwähnten Normen bei der Konstruktion und den damit verbundenen Festigkeitsnachweisen?

Gruß,
Markus

In dem dieses Regelwerk den privaten Bootsbauer selber entscheiden lässt,
ob er mit dem Dampfer untergeht oder nicht .

Mein Projekt wird aber trotzdem GL, BG-Verkehr u. Binnen-SUK ( BinSchUO ) stand halten,
zumindest in den sicherheitsrelevanten Dingen .


Grüße : TOMMI

[AvaVM]

Hallo Tommi,

es ist natürlich möglich, alles an einem Boot übermäßig zu dimensionieren. Aber ich sehe da mehr Nach-, als Vorteile. Abgesehen von den rundum höheren Kosten ist die Bearbeitung von 10mm Stahlplatten kein Kindergarten mehr. Das fängt beim Schneiden an, geht über's Umformen bis hin zum Verschweissen.

Gruß,
Markus

[T-Technik]

Hallo Markus,

ich kam zunächst nach meinen Berechnungen auf hochgerundete
8 u. 6 mm im Rumpf .

Habe es trotzdem eine Materialstärke hochgesetzt, mein Wunsch .

Folglich : t = 10 u. 8 mm


Diese Dicken zu verarbeiten stellt bei uns keinerlei Hinderniss dar .

Einzig die Bleche für Teile im Bug müssen extern umgeformt werden,
da in zwei Richtungen gebogen u.o. gewalzt werden muß .
Hier können es auch, nicht selten, höhere Materialstärken einem leichter machen .


Grüße : TOMMI

[AvaVM]

Zitat von LO-Technik

ich kam zunächst nach meinen Berechnungen auf hochgerundete
8 u. 6 mm im Rumpf .

Hallo Tommi,
damit lägst Du ja im Bereich der GL, deren Ergebnisse man folglich auch darauf runden müsste.

Zitat von LO-Technik

Folglich : t = 10 u. 8 mm

Diese Dicken zu verarbeiten stellt bei uns keinerlei Hinderniss dar .

Einzig die Bleche für Teile im Bug müssen extern umgeformt werden,
da in zwei Richtungen gebogen u.o. gewalzt werden muß .
Hier können es auch, nicht selten, höhere Materialstärken einem leichter machen .

Letzteres kann ich mir zwar nicht ganz vorstellen, aber wenn Dein Betrieb dafür ausgestattet ist, ist es natürlich etwas anderes. Viele Metallbauer, die ich kenne, tun sich damit schwer und müssen insbesonderen beim Thema Schneiden oder Biegen Leistungen einkaufen. Einfach aus dem Grund, weil viele, üblich verwendete Maschinen, wie bspw. Schlagscheren, Kantbänke etc., da schon deutlich überfordert sind.


Ich hab anhand der GL Berechnungen in den letzten Tagen mal einen Stahlverdränger mit 13m Länge (Beispiel aus Post #1) gezeichnet. Am Rumpf fehlen natürlich noch ettliche Details, aber um eine Vorstellung zu erhalten, reicht es. Das Ergebnis bringt (mit Decksblech; ohne 3mm Bleche für den Aufbau) 7,6 Tonnen auf die Waage. Um es einfach zu machen, wurde ausschließlich 5mm Blech verwendet (einzig der Kiel hat 8mm). Die erforderlichen Widerstandsmomente habe ich durch entsprechende Höhen der stehen gebliebenen Profile erreicht. Für die grundsätzlich gleiche Blechstärke habe ich mich entschieden, um beim Zuschnitt eine möglichst enge Verschachtelung zu erreichen.
Zum Rumpf selbst: Durch den senkrechten Steven ist die Wasserlinie ebenfalls 13m lang. Der Rumpf ist mit einer Breite an der WL von knapp 3,4m recht schlank (L/B 3,85). Der Gewichtsschwerpunkt liegt (inkl. Motor) 400mm über der WL, längs betrachtet bei genau 6m und damit minimal vor dem Auftriebsschwerpunkt (5,8m), was eine Ballast Trimmung minimieren sollte.

Was meinen die Spezialisten?

Gruß,
Markus

[Tulpe]

Zitat von AvaVM

...
Was meinen die Spezialisten?

Ich persönlich würde mich lieber an einem vorhandenen Riß "entlang hangeln".
z. B. in der Größe 13 m: die ehemalige (DDR) Marinebarkasse MBK13. Unterlagen gibt's dazu genug im Netz ...

[AvaVM]

Zitat von Tulpe

Ich persönlich würde mich lieber an einem vorhandenen Riß "entlang hangeln".
z. B. in der Größe 13 m: die ehemalige (DDR) Marinebarkasse MBK13. Unterlagen gibt's dazu genug im Netz ...

Dass man für einen 13m Verdränger das Rad nicht neu erfinden muss, brauchen wir nicht zu diskutieren. Da bin ich bei Dir. Mir geht es auch nicht darum, ein Schiff dieser Art zu bauen, sondern um den Versuch eines Entwurfs anhand der GL Auslegung. Sonst wäre der ganze Thread überflüssig...

Aber um die Ergebnisse mit Deinem Vorschlag zu vergleichen. Hast Du zufällig Daten zum Rumpf (Blechstärken, Gewicht)?

Als Vergleich in dieser Größenordnung habe ich die Linssen GrandSturdy 40.9 herangezogen, deren Rumpf aus 5 und 4mm Blech besteht (genau meinen GL Ergebnissen entsprechend, siehe Post #1), mit einem Gesamtgewicht von 16 Tonnen. Wieviel der nackte Rumpf wiegt, weiß ich leider nicht.

Gruß,
Markus

[Tulpe]

"Im Kopf" habe ich noch:
Spiegel 4mm
UW-Schiff 8mm, ÜW 6 mm
Deck 6mm
Ca. 17 t, später bis 19t.

Klassifiziert allerdings nach "DSRK" (Deutsche Schiffsrevision und -Klassifikation - der "DDR-GL") bekam nach 1990 auch die GL-Klassegleichwertigkeit.

[AvaVM]

Einen klitzekleinen Teil habe ich mal durch's FEM gejagt, nämlich das Achterdeck mit seinen knapp 10m² und 10000N Flächenlast von oben (also rund 1000kg; wieviele Personen braucht man dafür?). Mit dem 5mm starken Deck und den Streben darunter (Spanten und Längsstreben, jeweils 5mm stark und 60mm hoch) ist das Ergebnis sehr ansehnlich. Gerade einmal 55 N/mm² Spannung und eine maximale Durchbiegung von 0,7mm. Also rund Faktor 4 unter der Grenze. Da natürlich alle anderen Lasten auf das Schiff und damit das Deck fehlen, dürfte es real nicht ganz so überdimensioniert sein. Trotzdem ist das Ergebnis in einem sehr guten Bereich, wie ich finde. Was mir die Tauglichkeit der GL Methode weiter bestätigt.

Gruß,
Markus

[Tulpe]

Hut ab!

[AvaVM]

Hier die Betrachtung eines Segments aus der Mitte. Das schwächste, da davor und dahinter nahezu volle Spanten verlaufen. Ich hab die Rumpfseiten über die komplette Höhe mit einem Druck von 100 hPa belastet, was bedeuten würde, das Boot würde da schon 1m tief tauchen. Der Boden erhielt 200 hPa, der Kiel 300 hPa.
Die maximale Spannung geht hoch auf 138 N/mm², was Ok ist. Man sieht aber auch deutlich, dass die Seitenkräfte durch den nach vorn Spitz zulaufenden Rumpf (hat ja jedes Schiff mehr oder weniger) nicht unerheblich auf die Spanten wirken. Im Dach beträgt die Verschiebung so fast 3mm in richtung der Längsachse des Schiffes. Als ganzes Schiff betrachtet wäre das sicher viel weniger, da ein Segment für sich weder vorne, noch hinten, abgestützt wird.
Einerseits scheint es also so zu sein, dass der Aufbau nicht unerheblich zur Stabilität des Schiffes beiträgt (ist ebenfalls in der GL beschrieben, hab ich aber nicht herausgezogen), andererseits die quer verlaufenden Profile (Spanten) auch Längskräfte aufnehmen müssen und es somit wohl sinnvoller ist, raumlichere Profile zu verwenden (T oder L), oder mehr längsverlaufendes Blech an die stehenden, flachen Profile zu verschweißen (in Form der Decks, nicht nur das Oberdeck).

Gruß,
Markus

P.s. Spannungsmildernde Maßnahmen wie bspw. abgerundete Ecken in den Spanten habe ich nicht eingezeichnet. Die würden aber an der Verschiebung nichts ändern und die höheren Spannungen an andere Stellen weiterleiten.