11. PROGETTO SECONDA SOLUZIONE
12.3 Risultati analisi dinamica
Da questa analisi si ottiene la storia temporale delle accelerazioni per ogni nodo della struttura.
Per facilità computazionale di calcolo anche in questa soluzione non si richiedono gli stress.
Di seguito si riportano i grafici spostamento-tempo e accelerazione-tempo per il motore ed il riduttore per le tre analisi dinamiche (verticale, trasversale, longitudinale).
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Figura 109: accelerazione sul motore (azzurro) e sul riduttore (viola) dell’analisi verticale
Figura 110: spostamento sul motore (azzurro) e sul riduttore (viola) dell’analisi trasversale
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Figura 111: accelerazione sul motore (azzurro) e sul riduttore (viola) dell’analisi trasversale
Figura 112: spostamento sul motore (azzurro) e sul riduttore (viola) dell’analisi longitudinale
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Figura 113: accelerazione sul motore (azzurro) e sul riduttore (viola) dell’analisi longitudinale
12.4 Analisi statica equivalente
Note le accelerazioni si effettua quindi un’analisi statica equivalente per indagare le tensioni agenti sulla fondazione, in particolare si effettueranno tre analisi statiche, una per ogni direzione del carico (verticale, trasversale, longitudinale).
12.4.1 DESCRIZIONE DELLE CONDIZIONI DI CARICO
L’analisi statica equivalente come detto viene effettuata 3 volte, una per ogni direzione degli spostamenti imposti alle paratie nell’analisi dinamica. Come carico si applicano due forze, uno sul nodo della massa concentrata del motore ed una sul nodo della massa concentrata del riduttore, pari al prodotto della rispettiva massa per l’accelerazione del rispettivo nodo ricavate nell’analisi dinamica. Come accelerazioni si considerano, al fine di effettuare un’analisi conservativa, i massimi delle curve riportate al 10.3.4, inoltre si fanno agire contemporaneamente i picchi di accelerazione sul motore e riduttore anche se dalle curve risultato verificarsi in istanti diversi. Le forze si fanno agire sia in fase che in controfase in modo da indagare tutte
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le possibili combinazioni di carico. Questo procedimento si effettua in tutte e tre le analisi.
Le analisi da effettuare pertanto sono:
• Analisi statica equivalente verticale: vengono imposte due forze:
2 h hi[= 5138 Kg j h hi[= 100 m/s^2 = h hi[= 513800 N 2i/Rk hi[= 1229 Kg ji/Rk hi[= 280 m/s^2 =i/Rk hi[= 344120 N
• Analisi statica equivalente trasversale: vengono imposte due forze:
2 h hi[= 5138 Kg j h hi[= 140 m/s^2 = h hi[= 719320 N 2i/Rk hi[= 1229 Kg ji/Rk hi[= 170 m/s^2 =i/Rk hi[= 208930 N
• Analisi statica equivalente longitudinale: vengono imposte due forze:
2 h hi[= 5138 Kg j h hi[= 80 m/s^2 = h hi[= 411040 N 2i/Rk hi[= 1229 Kg ji/Rk hi[= 150 m/s^2 =i/Rk hi[= 184350 N
118 12.4.2 ANALISI DEI RISULTATI
Anche per questa soluzione i massimi valori delle tensioni rispettano i limiti di requisito riportati nel capitolo 8.2; per la fondazione in acciaio sono riportati in tabella 13.
Tabella 13 massimi valori di tensione per la fondazione in acciaio, seconda soluzione.
analisi Max tensione [MPa]
Zona di applicazione Max spostamento [mm]
Zona di applicazione verticale 140 Agganci motore 10.8 Agganci motore trasversale 220 Trave T 14.8 Agganci motore longitudinale 50.8 Agganci riduttore 1.0 Agganci motore
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Figura 115: analisi verticale: tensioni sul layer 20 il layer degli agganci col riduttore
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Figura 117:analisi trasversale: tensioni sul layer 19 il layer della fondazione in acciaio
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Figura 119: analisi trasversale: tensioni sul layer 19 il layer della fondazione in acciaio
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Figura 121:analisi longitudinale: tensioni sul layer 19 il layer della fondazione in acciaio
Figura 122: analisi longitudinale: tensioni sul layer 20 il layer degli agganci col riduttore
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Figura 123: analisi longitudinale: spostamenti
Anche per questa soluzione la analisi dei risultati dimostra che tale dimensionamento rispetta i vincoli sulle massime tensioni ammissibili (220 MPa) come espresso al capitolo 8.2.
Da questa analisi si può anche verificare la tenuta della culla, infatti le tensioni risultano essere inferiori a quelle limite dei vari materiali riportate al capitolo 8.2, ovvero rispettivamente 400 MPa per il materiale unidirezionale e 178 MPa per il biassiale.
Tabella 14: risultati per la culla in composito
analisi Max tensione unitape [MPa] Max tensione combinato [MPa] verticale 69 29 trasversale 32 29 longitudinale 16 13
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Figura 124: analisi verticale: tensioni sul layer 17 il layer esterno della culla in materiale combinato150
Figura 125: analisi verticale: tensioni sul layer 1 il layer interno della culla in materiale combinato150
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Figura 126: analisi verticale: tensioni sul layer 9 il layer interno della culla in materiale unitape
Figura 127: analisi trasversale: tensioni sul layer 17 il layer esterno della culla in materiale combinato150
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Figura 128: analisi trasversale: tensioni sul layer 1 il layer interno della culla in materiale combinato150
Figura 129: analisi trasversale: tensioni sul layer 3 il layer interno della culla in materiale unitape
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Figura 130: analisi longitudinale: tensioni sul layer 17 il layer esterno della culla in materiale combinato150
Figura 131: analisi longitudinale: tensioni sul layer 1 il layer interno della culla in materiale combinato150
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Figura 132:analisi longitudinale: tensioni sul layer 15 della culla in materiale unitape
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12.5 Conclusioni
Dalle analisi precedenti (modale, vibrazionale, statica equivalente) risulta che il dimensionamento effettuato rispetta i requisiti voluti di rigidezza e robustezza.
Infatti le tensioni agenti sia sulla fondazione in acciaio sia sulle culle in composito sono inferiori ai limiti previsti delle normative; analogamente le frequenze proprie del sistema rispettano i requisiti in quanto non sono in corrispondenza della frequenza di esercizio del motore e pertanto viene evitata la risposta per risonanza del sistema. Infine la rigidezza della struttura derivante dall’analisi vibrazionale rispetta i requisiti previsti; si osserva anche che la struttura svolge il suo compito di scaricare l’energia di deformazione, in quanto la risposta alla forzante decresce allontanandosi dal suo punto di applicazione.
Grazie a questa seconda analisi, modificando la geometria di partenza e diminuendo gli spessori, è stato ottenuto un risparmio di 260 Kg per la fondazione; tenendo conto che queste sono due per i due motori termici principali, si ha 520 Kg di acciaio in meno.
Il guadagno risulta ancora maggiore se rapportato al peso della fondazione del motore per le precedenti navi sviluppate dal cantiere che era di circa 1800 Kg per fondazione: guadagno del 30% di peso.
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La presente analisi si riferisce alla verifica strutturale di un sistema installativo del gruppo motore-riduttore selezionato nel passato dal Cantiere e risultato funzionare sia durante le attività di collaudo a shock “full-scale” delle precedenti Unità similari sia durante la vita operativa delle stesse.
Al termine della suddetta analisi, ho deciso di approfondire la filosofia con cui il Cantiere ha affrontato il fenomeno di “assorbimento” della pressione derivante da esplosione sub-acquea non a contatto al fine di proporre una diversa soluzione che non sarà qui dimensionata ma solo proposta al Cantiere per una eventuale indagine futura.
L’obiettivo che mi sono proposto è quello di alleggerire la culla e la fondazione che, nella configurazione attuale, hanno un peso complessivo di 3812 kg a fronte di un “carico pagante” (peso dell’assieme motore-riduttore) di 6367 kg.
Per ottenere tale risultato è necessario ridurre le accelerazioni, ed i conseguenti spostamenti, che le paratie trasferiscono tramite le culle alla fondazione e da quest’ultima ai componenti ivi installati (vedi capitolo 10.3 relativo all’analisi dinamica della struttura di sospendita). Tale risultato però è in antitesi con la filosofia del Cantiere di realizzare la piattaforma della Nave in grado di assorbire l’energia dell’esplosione sub-acquea mediante deformazione elastica del pannello del fondo (grandi spostamenti).
Ulteriori vincoli da considerare nella modifica della struttura della nave sono che: • Le paratie devono essere stagne dal fondo della nave fino al ponte di
sicurezza, che per la presente imbarcazione è il ponte di coperta,
• Le paratie devono avere idonea rigidezza e robustezza tale da poter essere considerate punto di vincolo per il dimensionamento del fasciame del fondo e dei fasciami e delle strutture dei ponti ad esse collegati.
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Figura 135: la figura mostra una sezione della nave, dove in rosso è definito il perimetro della paratia, mentre in blu il profilo delle culle
Sulla base delle precedenti considerazioni in merito alla filosofia di resistenza a shock della presente imbarcazione e sul “compito” delle componenti strutturali delle Navi (paratie stagne), la mia proposta è quella di intervenire sulle paratie di confine della Sala Macchine dividendole in due parti mediante l’introduzione di un giunto elastico.
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Figura 136: immagine che riporta in viola il giunto elastico tra le parti inferiore e superiore della paratia
La configurazione proposta, mostrata nella precedente figura 136, soddisfa i seguenti requisiti:
1. di consentire ai pannelli del fondo di deflettersi per assorbire l’onda di pressione di shock,
2. di garantire alla parte inferiore della paratia di fungere da vincolo locale per il pannello del fondo ed alla parte superiore di fungere da vincolo locale per i pannelli e strutture dei ponti ad essa collegati,
3. di smorzare la risposta della paratia mediante il giunto elastico, risultando in una deformazione inferiore nella parte superiore della paratia.
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Figura 137: immagine che rappresenta la sezione della paratia, mettendo in evidenza la parte di struttura che svolge la funzione di molla, smorzando la risposta che arriva
dalla parte inferiore della paratia, quella sommersa in acqua , che riceve l’onda di shock
In tal modo, collegando le culle solamente alla parte superiore della paratia, risentiranno di uno spostamento derivante dallo shock minore, poiché in parte smorzato dall’elemento molla della paratia. Vincolando la struttura di sospendita dell’assieme motore-riduttore alla parte alta della paratia, modificata come proposto, si può ragionevolmente ipotizzare che tale struttura possa risultare più leggera in quanto l’accelerazione della massa ad essa vincolata risulterà inferiore.
Questa proposta deve essere chiaramente validata sia attraverso un’analisi di calcolo, che dimostri di rispettare i requisiti elencati precedentemente e quelli modali/vibrazionali riportati al capitolo 10.1 e 10.2, sia, nel caso il calcolo dimostri la sua bontà, attraverso una prova a shock in scala secondo la MIL S 901D.
Parte superiore della paratia
Parte inferiore della paratia Elemento della paratia che svolge il
ruolo di molla, smorzando la risposta dinamica che riceve dalla parte inferiore, trasmettendo minori
spostamenti alla parte superiore della stessa
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