System for health monitoring, risk assessment and determination of optimum maintenance schema for marine structures

The main objective of this research is the development of an innovative system for sophisticated maintenance optimization over the design life for a moored array of floating breakwaters connected with hinges. It needs to be emphasized that the numerical model corresponding to the moored array of floating breakwaters connected with hinges is also innovative and its development consists one of the scopes of the present doctoral thesis. In more details, the aforesaid numerical model includes the coupled modeling of the hydrodynamic behavior of the floating array as well as the mooring system. This modeling has been achieved with the derivation of appropriate equations, which were next included in software. As far as the system proposed herein is concerned, it ensures that the structural integrity and also the risk of the moored array of hinged floating breakwaters, is always within the desirable ranges over its design life. The most important issue, that should be emphasized, is that ensuring the desirable risk can be achieved with the minimum number of possible maintenance interventions (replacements of mooring chains), and thus minimum maintenance cost. The effect of structural aging with time due to corrosion is considered, and thus, risk will be assumed as time-evolved. The risk assessment is achieved by considering both the loading level and the maintenance history of the floating array. The methodology for risk assessment provides the maintenance schedule with the potential of continuous updating based on real-time structural health monitoring data. The current widespread development and use of monitoring devices (sensors) of all kinds strongly encourages the application of such innovative techniques, which are regarded as a current research challenge. It needs to be emphasized that the development and operation of the proposed system does not necessarily require the existence of monitoring data. In more detail, the potential of continuous updating of the risk prediction consists just an extra tool for the cases where monitoring data are available, providing a relevant prediction of higher quality.Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη καινοτόμου συστήματος καθορισμού του βέλτιστου σχήματος συντήρησης, καθ’ όλη τη σχεδιασμένη διάρκεια λειτουργίας (χρόνος σχεδιασμού - design life), για την περίπτωση αγκυρωμένης συστοιχίας αρθρωτά συνδεδεμένων πλωτών κυματοθραυστών. Στο σημείο αυτό, κρίνεται σκόπιμο να τονιστεί ότι το αριθμητικό μοντέλο αγκυρωμένης συστοιχίας αρθρωτά συνδεδεμένων πλωτών κυματοθραυστών είναι πρωτότυπο και αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Αναλυτικότερα, για την ορθή μοντελοποίηση της αγκυρωμένης συστοιχίας αρθρωτά συνδεδεμένων πλωτών κυματοθραυστών, πραγματοποιήθηκε η ταυτόχρονη μοντελοποίηση της συστοιχίας καθώς και του συστήματος αγκύρωσής της. Η μοντελοποίηση αυτή υλοποιήθηκε με την κατάστρωση κατάλληλων εξισώσεων, οι οποίες στη συνέχεια ενσωματώθηκαν σε κώδικα υπολογισμού Η/Υ. Όσον αφορά το προτεινόμενο σύστημα, αυτό διασφαλίζει ότι η δομική ακεραιότητα, και παράλληλα η επικινδυνότητα της αγκυρωμένης συστοιχίας αρθρωτά συνδεδεμένων πλωτών κυματοθραυστών, κυμαίνεται στα επιθυμητά επίπεδα για όλο το χρόνο σχεδιασμού. Το σημαντικότερο είναι ότι η διασφάλιση της επιθυμητής επικινδυνότητας επιτυγχάνεται εφαρμόζοντας τον ελάχιστο αριθμό δυνατών επεμβάσεων συντήρησης (αντικαταστάσεις αλυσίδων αγκύρωσης), και ταυτόχρονα ελαχιστοποιώντας το κόστος συντήρησης. Η απομείωση της δομικής ακεραιότητας των αλυσίδων με το χρόνο λόγω οξείδωσης λαμβάνεται υπόψη. Επομένως, η επικινδυνότητα θεωρείται χρονικά μεταβαλλόμενη, όπως άλλωστε ισχύει και στην πραγματικότητα. Η αποτίμηση της επικινδυνότητας επιτυγχάνεται συνυπολογίζοντας το επίπεδο φόρτισης καθώς και την επίδραση πιθανών προηγούμενων εργασιών συντήρησης. Η μεθοδολογία αποτίμησης της επικινδυνότητας παρέχει τη δυνατότητα συνεχούς ανανέωσης της αποτίμησης αυτής βάσει καταγραφής χαρακτηριστικών της πλωτής κατασκευής σε πραγματικό χρόνο. Η βαθμιαία αυξανόμενη ανάπτυξη και χρήση αισθητήρων διαφόρων τύπων ενθαρρύνει την ανάπτυξη τέτοιων καινοτόμων τεχνικών, οι οποίες άλλωστε συνιστούν σύγχρονη ερευνητική πρόκληση. Κρίνεται σκόπιμο να τονιστεί ότι η ανάπτυξη και η εφαρμογή του προτεινόμενου συστήματος δεν απαιτεί απαραίτητα τη διαθεσιμότητα καταγραφής χαρακτηριστικών της πλωτής κατασκευής σε πραγματικό χρόνο. Συγκεκριμένα, η δυνατότητα συνεχούς ανανέωσης της πρόγνωσης για την επικινδυνότητα συνιστά ένα επιπλέον εργαλείο για τις περιπτώσεις όπου διατίθεται η προαναφερθείσα καταγραφή. Σε αυτή την περίπτωση, η πρόγνωση της επικινδυνότητας που παρέχεται χαρακτηρίζεται από υψηλή ακρίβεια