Koop je een auto, dan hoop je dat monteurs bij de jaarlijkse onderhoudsbeurt niks vinden. Koop je een schip, dan vinden ze altijd wat. Kortom: de onderhoudskosten zijn een nachtmerrie voor elke scheepseigenaar, volgens Mirek Kaminski, hoogleraar scheeps- en offshore constructies aan de afdeling Maritieme – en transporttechniek van de TU Delft (3ME). In zijn ideale toekomst zijn schepen duurzamer, effectiever en goedkoper.
Op het moment dat we een realistischer model van de werkelijkheid hebben, kunnen we betere ontwerpen maken.
―
Mirek Kaminski
Zijn ouders hoopten dat hij chirurg werd en kochten een piano, zodat Mirek Kaminski (Szczecin, 1956) lange, slanke vingers zou krijgen. Toen hun zoon die piano uit elkaar haalde, was het duidelijk dat hij – net als zijn vader – ingenieur zou worden. Hij werkte al aan de technische universiteit in Szczecin, toen in 1981 de regering door militairen werd overgenomen. Hij wilde niet aan die dictatuur meewerken en besloot samen met zijn vrouw te vluchten. Ze reisden met een zeilboot naar Parijs, maar het schip strandde in Amsterdam. Daar vroeg Kaminski asiel aan.
Hij ontdekte dat het maritieme onderzoek alleen bij de TU Delft plaatsvond en belde op. Gelukkig kende prof. Hans Nibbering zijn Poolse hoogleraar van een congres en kon er meteen promoveren. Zijn driejarige zoon, die achtergebleven was bij zijn opa en oma, kwam binnen een half jaar naar Nederland. Kaminski droeg zijn intreerede aan hem op. Na zijn promotie, voor hij hoogleraar werd aan de TU Delft, werkte hij jarenlang in de maritieme industrie.
Zo ontwierp hij bij het maritieme ingenieursbureau Nevesbu onder meer onderzeeboten en luchtverdedigings- en commandofregatten. Daarna werkte hij bij het Wagenings Onderzoeksinstituut Marin, waar hij succesvolle Joint Industry Projecten opzette. Als hoogleraar slaat hij de brug naar de industrie en combineert fundamenteel met toegepast onderzoek.
Kaminski wil de ontwerpmethode van schepen verbeteren. Tot nu toe is het niet noodzakelijk om bij het ontwerpen expliciet rekening te houden met de vermoeiing van materiaal. Wanneer men dit wel doet worden hiervoor proefresultaten gebruikt van proeven die sinds de twintigste eeuw gedaan worden om te onderzoeken wanneer een constructie kapot gaat onder krachten die in één richting werken.
Deze krachten zijn echter onvoldoende om alle krachten te beschrijven waarmee een schip te maken krijgt. Immers, golven komen uit alle richtingen. “Op het moment dat we een realistischer model van de werkelijkheid hebben, dat rekening houdt met alle krachten, kunnen we betere ontwerpen maken”, zegt de hoogleraar.
Te stevig
Betekent het dat alle schepen die nu op onze zeeën varen eigenlijk onveilig zijn? Zover wil de hoogleraar niet gaan. Hoewel vermoeiing van materiaal een belangrijke oorzaak is voor het vergaan van schepen, en er dagelijks een paar schepen vergaan, zegt Kaminski dat schepen over het algemeen voldoen aan alle veiligheidseisen. “Als een schip niet kapot gaat, is het meestal te stevig ontworpen. Er is vaak teveel materiaal gebruikt, wat schepen onnodig duur maakt”.
Maar dat is niet het voornaamste. “Het gaat er niet alleen om minder materiaal te gebruiken, maar ook materiaal toe te voegen op plekken waar het schip het snelst vermoeiingsschade oploopt. In feite wil je in de toekomst materiaal inzetten waar het nodig is. Dat kan door efficiënter te ontwerpen”. Het veiligheidsniveau blijft dus hetzelfde. “In de volksmond zeg je wel dat schepen veiliger worden, maar dat is eigenlijk niet zo. We willen ze duurzamer, effectiever en goedkoper maken”.
We weten niet wat er uit komt, want zoiets is nog nooit eerder op de wereld getest.
" Maar als ik een schatting moet maken, verwacht ik dat de levensduur van meerassig belaste scheepsconstructie-elementen van een schip minimaal factor tien korter wordt dan eenassig belaste constructie-elementen. In plaats van twintig jaar, gaan ze twee jaar mee. "
Het beest
Daar moet ’s werelds meest unieke testfaciliteit op de TU Delft allemaal voor gaan zorgen: de hexapod. Met z’n gewicht van 60 ton (60.000 kilo) ook wel bekend als het beest van TU Delft. Kaminski is van plan er stukken van schepen tussen te leggen, om preciezer te zijn: stukken van maximaal 1 m3 waar lassen in zitten.
“Bij vermoeiing van schepen gaat het altijd over gelast materiaal, want lassen zorgt voor microscheurtjes waardoor de verbinding tussen twee gelaste constructie-elementen minder sterk wordt”, zegt hij. Op zo’n proefstuk, zoals hij het zelf noemt, brengt hij vervolgens de werkelijke krachten aan waarmee een schip te maken krijgt. Kaminski wil uiteindelijk alle karakteristieke gelaste verbindingen in een schip een maand lang testen, waarmee hij een levensduur van twintig jaar kan simuleren.
Dat laatste komt doordat hij de krachten met een hogere frequentie kan aanbrengen dan in werkelijkheid, 30 Hz om precies te zijn. “We weten niet wat er uit komt, want zoiets is nog nooit eerder op de wereld getest. Maar als ik een schatting moet maken, verwacht ik dat de levensduur van meerassig belaste scheepsconstructie-elementen van een schip minimaal factor tien korter wordt t.o.v. eenassig belaste scheepsconstructie-elementen. In plaats van twintig jaar, gaan ze twee jaar mee. Of dat echt zo is, wil ik zo snel mogelijk weten. Enorm spannend vind ik dat!”
De hexapod
Mirek Kaminski en zijn team
Zes richtingen
Maar hoe gaat het oranje beest precies tekeer? “De hexapod kan krachten van 100 ton in alle richtingen aanbrengen. Dat is belangrijk omdat het schip in de golven op zee ook belastingen uit alle richtingen ondervindt”, zegt Kaminski. Hij gebruikt vaak het woord meerassig, wat betekent dat het apparaat in zes richtingen in de ruimte kan bewegen: dompen, verzetten, schrikken, gieren, slingeren en stampen. Een rodeo-apparaat en een vliegsimulator kennen die bewegingen weliswaar ook, maar de hexapod is het eerste apparaat ter wereld dat een constructie met zes krachten tegelijkertijd kan belasten. De combinatie van grote krachten, hoge snelheid en de nauwkeurigheid maakt het apparaat uniek.
Een rodeo-apparaat en een vliegsimulator kennen die bewegingen weliswaar ook, maar de hexapod is het eerste apparaat ter wereld dat een constructie tegelijkertijd en op nauwkeurige wijze met zes grote krachten, en zeer hoge snelheid kan belasten.
Alle constructies
Stel dat de Delftenaren over een paar jaar alle lassen van een schip hebben getest en er een nieuwe ontwerpmethode voor schepen ligt, heeft de hexapod zichzelf dan overbodig gemaakt? “Nee, er staat nog een rij van vraagstukken die we kunnen beantwoorden”, zegt Kaminski. “De hexapod is een universeel apparaat waarmee we ook bij andere faculteiten van de TU Delft in principe alle constructies waar krachten bij voorkomen effectiever kunnen ontwerpen. Zoals auto’s die op een weg rijden, vliegtuigen in turbulentie, bruggen waar vrachtwagens overheen rijden, gebouwen tijdens aardbevingen, windmolens in de wind en zo kan ik nog wel even doorgaan!”.
Het eurekamoment
Vier jaar geleden organiseerde hij een brainstormsessie met mensen uit de industrie en de wetenschap om een methode te bedenken die rekening houdt met alle verschillende krachten om zo de levensduur van een constructie te bepalen. “Op een bepaald moment wist ik wat we moesten doen. Ik zei: bingo!”, zegt Kaminski terwijl hij met z’n vingers knipt. In dat eurekamoment zag hij een apparaat voor zich met zes hydraulische armen, waarmee het uit zes verschillende richtingen enorm grote krachten kan aanbrengen op een stuk materiaal. “Met mijn schets van zo’n apparaat heb ik vervolgens elf bedrijven aangeschreven en ze gevraagd of ze zoiets kunnen maken. Tien bedrijven gooiden de handdoek meteen in de ring. Ze zeiden: Mirek, droom jij maar lekker verder. Het enige bedrijf dat mijn idee direct wilde gaan bouwen, was het Duitse FGB”.
Kleur oranje
Inmiddels is het vier jaar later en staat de eerste en enige krachtige, snelle en nauwkeurige hexapod ter wereld bij de TU Delft. De universiteit investeerde zelf de helft van het geld in het innovatieve apparaat, een kwart kwam van de overheid en het andere kwart kwam van 23 bedrijven, vrijwel de gehele offshore industrie deed mee. Kaminski noemt de hexapod zijn oranje beest. “Het is precies de kleur van de Nederlandse kleur oranje. Ik heb zelf de kleurcode opgezocht en aan de fabrikant doorgegeven”, zegt de trotse hoogleraar die er graag een oranje stropdas bij draagt.
Warm gevoel
Hij weet nog goed hij zijn nieuwe huisdier van 6 bij 5 bij 3 meter voor het eerst aanraakte. “Het voelde warm aan, net als een hond. Dat kwam door de olie die er al in zat. Het zorgde ervoor dat mijn hart direct tekeer ging”, zegt de hoogleraar terwijl hij een hand op zijn machine legt. “Nu ik er naast sta, word ik weer emotioneel. M’n stem begint te trillen en ik krijg tranen in m’n ogen, want het vergde vier jaar lang zo’n enorme inspanning om de hexapod te ontwerpen, specificeren, bouwen en installeren”. Toch begint voor de scheepsexpert eigenlijk nu pas het echte werk, want dankzij de hexapod kunnen allerlei constructies worden getest om vervolgens nieuwe modellen, formules en ontwerpen te maken die de werkelijkheid beter beschrijven dan de huidige.
