Application of the Second Generation Intact Stability Criteria in Freeboard assessment

Abstract

The goal of the thesis is to evaluate the influence of freeboard on the dynamic stability of ships in intact condition in seaway using a probabilistic approach. Currently, the assessment of freeboard is governed by deterministic regulations of the International Convention on Load Lines which are mostly based on the damage stability and shipping of green water considerations. The investigation presented in this thesis is based on the evaluation of the vulnerability of a sample container ship to stability failure in Dead Ship Condition whereby the freeboard of the examined ship was systematically varied. For the purpose of this assessment, Vulnerability Level 1 and 2 are considered as given in Second Generation Intact Stability Criteria (SGISC), the state-of-the-art intact stability criteria put forward by the International Maritime Organization. An original computer code for assessment of stability in Dead Ship Condition was developed and the analysis is performed on a small container vessel (feeder) considering two container arrangements and the presence/absence of bilge keels. The thesis also presents the full procedure for the calculation of the long-term index of probability of stability failure in Dead Ship Condition. The thesis outcomes indicate that the increase of freeboard within the realistic boundaries may reduce the probability of stability failure by up to two orders of magnitude. The research shows that the probabilistic calculations done at Vulnerability Level 2 give a range of acceptable metacentric heights, limited by lower and upper boundaries, as well as an "optimal" metacentric height corresponding to the lowest probability index of stability failure. Such results cannot be achieved at Level 1 which results in the minimum value of metacentric height only. The calculations also confirm the existence of inconsistencies in stability assessment in Dead Ship Condition according to the SGISC framework. Finally, some recommendations for defining precise approaches in specific stages of the methodology for Level 2 are suggested, which could reduce the possibility of calculation errors.

Das Ziel der Abschlussarbeit ist die Bewertung des Einflusses des Freibords auf die dynamische Stabilität von Schiffen im unbeschädigten Zustand und in Seebedingungen unter Verwendung eines probabilistischen Ansatzes. Derzeit wird die Beurteilung des Freibords von den Vorschriften der Internationales Freibord-Übereinkommen bestimmt, welche hauptsächlich auf der Leckstabilität und der Berücksichtigung von Wasser an Deck basieren. Die in dieser Arbeit präsentierte Untersuchung basiert auf der Bewertung der Anfälligkeit eines beispielhaften Containerschiffs für Stabilitätsversagen im Zustand dead ship, wobei der Freibord des untersuchten Schiffs systematisch variiert wurde. Für diese Bewertung werden die vulnerability level 1 und 2 gemäß den Kriterien der Second Generation Intact Stability Criteria (SGISC) berücksichtigt, die von der International Maritime Organization als die aktuellsten Kriterien für die Intaktstabilität vorgestellt wurden. Ein Computercode zur Beurteilung der Stabilität im Zustand dead ship wurde entwickelt und die Analyse wurde an einem kleinen Containerschiff (feeder) durchgeführt, wobei zwei Containeranordnungen und das Vorhandensein sowie Fehlen von Bilgenkielen berücksichtigt wurden. Zusätzlich wird das vollständige Verfahren zur Berechnung des Langzeit-Index der Wahrscheinlichkeit eines Stabilitätsversagens im Zustand dead ship präsentiert. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass eine Erhöhung des Freibords innerhalb rea listischer Grenzen die Wahrscheinlichkeit eines Stabilitätsversagens um bis zu zwei Grö ßenordnungen verringern kann. Die Untersuchungen zeigt, dass die probabilistischen Berechnungen, die auf vulnerability level 2 durchgeführt wurden, einen Bereich akzep tabler Metazentrischerhöhen liefern, begrenzt durch untere und obere Grenzen, sowie eine öptimaleMetazentrischehöhe, die dem niedrigsten Index der Wahrscheinlichkeit eines Stabilitätsversagens entspricht. Solche Ergebnisse können auf Stufe 1 nicht erzielt werden, was lediglich zu einem minimalen Wert der Metazentrischenhöhe führt. Die Berechnungen bestätigten auch fehlende Konsistenz bei der Stabilitätsbewertung im Zustand dead ship gemäß der SGISC. Schließlich werden einige Empfehlungen zur Festlegung präziser Ansätze in bestimmten Phasen der Methodik für Stufe 2 vorgeschlagen, die die Möglichkeit von Berechnungsfehlern reduzieren könnten.