In relazione a quanto stabilito nei requisiti di progetto, il cantiere Intermarine ha messo a punto una metodologia di verifica, tramite analisi di calcolo agli elementi finiti, e criteri di danno, che sono stabiliti in rispondenza alle RINAMIL e alle conoscenze pregresse aziendali.
L’intero processo di verifica, all’interno del quale deve essere inserito anche il progetto dell’installazione del gruppo motore, prevede il seguente procedimento.
7.1Calcolo del livello di shock in ingresso
Dal requisito di shock contrattuale e dal valore di KSFgarantito per le specifica imbarcazione, si stabilisce la geometria di scoppio subacqueo a cui al nave deve essere esposta.
Tramite un codice esplicito agli elementi finiti (AUTODYN) viene condotta una analisi del fenomeno di scoppio, che prevede la detonazione della carica, la propagazione dell’onda di pressione nel fluido e l’interazione con un modello semplificato della nave.
Nell’interazione la simulazione tiene conto della riflessione dell’onda di pressione sulla superficie marina, della chiusura della cavitazione di bulk e dell’effetto dello spostamento della nave, come descritto nel capitolo3.
Questa prima analisi, che non è compresa nel lavoro di tesi, permette di ricavare il campo di pressione sotto la nave e la risposta dinamica (spostamento, velocità e accelerazione) delle differenti paratie dello scafo, che sono processati per provvedere l’input appropriati per le successive analisi di verifica allo shock.
7.2Analisi di verifica
Le successive analisi prevedono:
• Analisi di verifica della resistenza dello scafo e delle sue principali strutture allo shock con codice ANSYS;
• Generazione di una mappatura delle accelerazioni nei diversi punti della nave; • Analisi di verifica del progetto delle varie fondazioni (scopo del presente
lavoro) applicando la mappatura delle accelerazioni; • Analisi vibrazionale.
58
L’analisi della resistenza strutturale viene condotta con un modello completo della nave (ma con modello semplificato) e ha lo scopo di stimare la distribuzione degli stress sullo scafo, ponti e paratie causati dall’esplosione, utilizzando le pressioni valutate nella analisi degli shock in ingresso.
Questi stress sono quindi comparati con i livelli ammissibili per i diversi materiali, inoltre costituiscono l’input per verifiche locali delle strutture eseguite con un modello locale più dettagliato.
Il modello completo, utilizzato per la verifica strutturale, viene anche impiegato per la generazione della mappatura delle accelerazioni.
In questa analisi (condotta anch’essa con codice ANSYS) si applicano i carichi dinamici (shock in ingresso) sotto forma di storie temporali degli spostamenti delle diverse paratie dello scafo e si calcola la mappatura delle accelerazioni, delle velocità e degli spostamenti.
Questi valori costituiscono le sollecitazioni trasmesse agli apparati vincolati sullo scafo (permettendo di stabilire i requisiti di shock per tali apparati) e alle fondazioni. In particolare la verifica del progetto delle fondazioni (prevista anche dalla notazione FUNCT del RINAMIL per questa tipologia di imbarcazioni) prevede di applicare le storie temporali degli spostamenti, valutati nelle mappe delle accelerazioni sulle paratie su cui sono vincolati le strutture complete di sostegno (culla + fondazione) e calcolare gli andamenti temporali delle accelerazioni trasmesse in ogni posizione. La metodologia messa a punto dal cantiere, in accordo con quanto prescritto nella sezione 6 del capitolo 1 parte E delle RINAMIL, prevede di individuare le accelerazioni massime calcolate sul gruppo motore (una per il motore ed una per il riduttore) che deve essere installato sulla fondazione e, quindi, condurre un calcolo statico applicando tali accelerazioni al gruppo motore contemporaneamente (in modo conservativo), valutando le tensioni presenti sui vari materiali costituenti la fondazione stessa.
Il criterio di accettazione per gli elementi facenti parte della linea d’assi prevede che i materiali rimangano in campo elastico, per preservare le dimensioni fisiche originarie anche dopo lo shock e garantirne il funzionamento.
Infatti le fondazioni, come quella in oggetto, che supportano elementi critici devono garantire gli allineamenti per mantenere le performance.
Inoltre una prescrizione del Cantiere prevede che le fondazioni dei macchinari critici, quelli che devono garantire la capacità di operare dell’Unità navale anche dopo
59
l’applicazione del carico derivante da esplosione subacquea non a contatto, presentino un valore delle tensioni massime aventi un fattore di sicurezza pari a 1,5 volte con riferimento al carico di rottura del materiale.
Le suddette condizioni di sicurezza devono essere soddisfatte entrambe e pertanto, per i componentimetallici della linea d’assi, si deve considerare quale valore di tensione ammissibile il più basso tra la tensione di snervamento ed il valore della tensione di rottura suddivisa per il suddetto fattore di sicurezza (SF=1,5). Con riferimento alparagrafo8.2,dove si riportanole caratteristiche meccaniche del materiale costituente la fondazione in oggetto, si ricava che la massima tensione equivalente di VON MISES risultante dalla presente analisi deve essere inferiore al carico di snervamento del materiale stesso.
Allo stesso modo i componenti strutturali in FRP, che lavorano per proprietà intrinseca del materiale solo in campo elastico, devono soddisfare lo stesso criterio di massima tensione ammissibile inferiore a quella di rottura suddivisa per il suddetto fattore di sicurezza (SF=1,5).
La procedura di analisi delle fondazioni del Cantiere prevede inoltre che sia verificata la tenuta di ogni collegamento meccanico di interfaccia tra la struttura in FRP ed il basamento stesso, per cui devono essere verificate le bullonerie, secondo le normative UNI, e le sedi della struttura in FRP che ospita il relativo perno.
Prove meccaniche sviluppate internamente nel laboratorio tecnologico del Cantiere su provini in materiale composito costituiti dagli stessi materiali di base (resina e fibre) impiegati per la costruzione dell’imbarcazione in oggetto hanno dimostrato che la tensione di taglio nel piano ammissibile è pari a 200 MPae pertanto si impiega tale valore limite per il dimensionamento a shock delle interfacce del componente in FRP con i perni di fissaggio delle fondazioni metalliche.
CRITERI VIBRAZIONI
L’analisi vibrazionale si svolge analizzando due casi diversi: • Vibrazioni libere, ovvero un’analisi modale
• Vibrazioni forzate
L’analisi modale si effettua sulla fondazione in acciaio isolata e sul sistema completo, al fine di verificare che la frequenza a cui corrispondono i vari modi di vibrare non sia la stessa a cui lavora il motore, in modo da evitare la risonanza del sistema.
Il motore lavora a 1900 giri/min pertanto la sua frequenza di lavoro è pari a 31.6 hertz. Le frequenze proprie della strutture dovranno differire da tale valore.
60
L’analisi vibrazionale forzata viene eseguita applicando un carico sinusoidale (ampiezza 10000 N e range di frequenza compreso tra 3 e 150 hertz) in prossimità del motore al fine di verificare che la rigidezza della fondazione sia di un ordine di grandezza superiore a quella della sospensione elastica,in accordo con la procedura del Cantiere Costruttore. Il range di frequenze è scelto in modo da comprendere la frequenza di lavoro del motore (31.6 hertz) e la frequenza di scoppio del motore stesso (125 hertz).