A3 – Hydrodynamik von Offshore-Megastrukturen und Wirkungsprozesse in und mit der marinen Umwelt

In den vergangenen vier Jahren hat das Projekt A3 wesentliche Beiträge zum Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Offshore-Megastrukturen und Meeresumwelt geliefert. Mit dem Beginn der zweiten Förderperiode von 2025 bis 2028 wird das Projekt auf diesen Erkenntnissen aufbauend von der Grundlagenforschung hin zur Berücksichtigung mehrschichtigen kumulierten Umweltauswirkungen weiterentwickelt.

Während der ersten Förderphase befasste sich das Projekt A3 mit den grundlegenden Herausforderungen, die mit der Vergrößerung von Offshore-Strukturen verbunden sind, insbesondere im Hinblick auf die komplexen dreidimensionalen Aspekte der Wechselwirkung zwischen Welle, Strömung und Struktur.

Zentrale Errungenschaften während dieses Zeitraums, vorrangig gewonnen aus einer strukturierten Serie von physikalischen Modellversuchen, sind in einer Reihe von Journal-Publikationen und Konferenzbeiträgen veröffentlicht worden.

Wie wichtig die Analyse der spezifischen hydrodynamischen Eigenschaften von Megastrukturen ist, lässt sich am Beispiel von Wynants et al. (2024b) aufzeigen. Die Autoren untersuchen ausführlich die welleninduzierten Diffraktionsmuster in der Umgebung großer Monopiles unter dem Einfluss einer 90° versetzen Strömung. Ergebnisse weisen mit „current distorted diffraction“ bis dahin unbeachtete verzerrte Muster der bekannten Diffraktionswellen auf. Dieses neuartige Phänomen, spezifisch für große Monopiles bei Richtungsabhängiger Wellen-Strömungs-Interaktion, ruft neue Belastungsszenarien hervor, die in den derzeitigen Entwurfsrichtlinien nicht berücksichtigt werden.

Die Zusammenarbeit mit benachbarten Teilprojekten wurde in die Planung, Durchführung und Analyse gemeinsamer Laborversuche einbezogen, beispielsweise zugunsten eines besseren Verständnis des komplexen Prozesses der Wechselwirkung zwischen Wellen, Strömung, Struktur und Meeresboden (A03-A04, z. B. Welzel et al. 2024).

Weitere Beispiele TP-übergreifender Arbeit lassen sich in gemeinsamen Publikationen zum ausgewiesenen SFB-Referenzstandort (A1, A3, A5, B2, B3, B4 und Z1, Ribnitzky et al. 2024) oder zur Bedeutung von Diffraktionsmustern bei Crew-Transfer-Manövern (A3-A6, Meyer et al. 2024) wiederfinden.

Abschließend können die Ergebnisse der einzelnen Studien in Form eines Partialmodells in den zentralen digitalen Zwilling einfließen, um das gewählte Mid-Fidelity-Hydrodynamikmodell durch parametrische Einbeziehung vernachlässigter Effekte zu verfeinern (in Vorbereitung).

Auch in der zweiten Förderperiode bleibt das Projekt A3 dem Ziel verpflichtet, das Verständnis von Offshore-Megastrukturen zu verbessern, die komplexen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. In Verbindung mit dem Gesamtziel des Projekts, der Verifizierung und Validierung von digitalem Zwillings sowie dessen Partialmodellen, strebt das Teilprojekt an, die Aspekte der Wechselwirkungen zwischen Welle, Strömung und Struktur weiter zu verfeinern. So sollen naturgetreuere kumulierte marine Randbedingungen berücksichtigt werden, um verifizierte Methoden auf der Grundlage von Labor- und Felddaten beizutragen.

Im Einzelnen beinhaltet dieser erhöhte Komplexitätsgrad drei Kernziele:

1. Strömungsprofile einschließlich Windscherung (anstelle gleichförmiger Profile) in Wechselwirkung mit Wellen
2. Die Wechselwirkung und die kombinierten Auswirkungen von brechenden Wellen auf gleichförmige und gescherte Strömungen
3. Ein verstärkter Fokus auf die Verbindung zum Teilprojekt A4, um die hydrodynamische Interaktion mit dem Meeresboden sowie die gekoppelte Strukturantwort weiter zu erforschen.

Diese Ziele werden durch strukturierte Labortests in jüngst erweiterten Einrichtungen wie dem miniGWK+ und dem GWK+ sowie durch umfassende numerische Modellierung erreicht. Besonderes Augenmerk wird auf weitreichende kollaborative Modellexperimente im GWK+ in Verbindung mit einer Vielzahl von Teilprojekten gelegt. Auf dem Fachwissen aufbauend, das bei den großmaßstäblichen Modellversuchen in FP1 entwickelt wurde sollen in FP2 auch angewandtes SHM sowie realistische Pfahlgründungen in einem beweglichen Bett berücksichtigt werden, um wertvolle Datensätze für die Validierung von Simulationen des Digitalen Zwilling zu erzeugen. Ausführliche Informationen über diese Demonstrationstests finden Sie unter: Link

Abschließend ist die Einbeziehung regionaler klimatischer Veränderungen und der sich daraus ergebenden Auswirkungen wie Sturmaktivität und Schwankungen des Meeresspiegels ein wichtiger Untersuchungsbereich. Langfristige Studien zu metocean Parametern werden in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A5 die Planung von widerstandsfähigeren Strukturdesigns unterstützen, die sich an dynamische Umweltbedingungen anpassen können.