Appunti Costruzioni navali 3 - Parte 1

CONTO DELLE QUOTE

Il modello non tiene conto della direzione effettiva delle forze e la loro quota.

L'asse del trave nave lo facciamo passare per il baricentro degli elementi longitudinalmente

continui e collaboranti alla robustezza e rigidezza flessionale del trave scafo!

Noi dobbiamo mettere il baricentro dei pesi alla stessa coordinata longitudinale del baricentro delle spinte.

La spinta si applica nel centro della area trasversale immersa della sezione!

• Forze esterne in direzione assiale escluse dal modello

si trascurano le componenti orizzontali (= assiali) delle spinte idrostatiche esterna ed interna (nel

caso di casse contenenti liquidi), che invece inducono momenti aggiuntivi (oltre a Forza Normale)

idrostatica

distribuzione

24 risultante

avrà

che una

La nave nel suo complesso è sempre compressa. Per effetto del fatto che il centro della forza di compressione non sarà

sull'asse della trave ma poco più in basso significa che oltre ad essere compressa sarà anche flessa in inarcamento.

Le forze idrostatiche esterne esistono e la loro esistenza prevede generalmente una compressione della trave (forza normale

negativa) piu un effetto di inarcamento. se supponiamo la nave sia una nave cisterna e di riempire la cisterna in azzurro,

abbiamo delle pressioni idrostatiche che agiscono sulle due paratie di prora e di poppa. Considerando le pressioni interne

abbiamo una forza di trazione e il centro di questa forza è anche esso più basso dell'asse. Il verso della forza produrrà però

un momento insellante.

Noi non teniamo conto delle non linearità tra carico e deformazione.

Dove passa l’asse del Trave Nave nella sezione?

Nel baricentro (sulla sezione) degli elementi longitudinali continui che contribuiscono alla rigidezza e

robustezza longitudinale di questa trave semplicemente inflessa

• Gli elementi trasversali ordinari della sezione hanno come scopo quello di resistere a carichi locali (sono

ininfluenti ai fini della robustezza longitudinale)

• Gli elementi trasversali primari hanno come scopo di mantenere in posizione sulla sezione gli elementi

longitudinali ordinari, creando le condizioni per utilizzare lo schema di trave inflessa

Noi parliamo di elementi longitudinalmente continui perché consideriamo quelle fibre disposte longitudinalmente e sono

quelle che collaborano alla rigidezza e robustezza flessionale del trave scafo, gli elementi trasversali non hanno alcuna

influenza dal punto di vista del comportamento a flessione di una trave semplicemente inflessa. (non servono ad

aumentare la robustezza flessibile della trave, servono invece a mantenere ad esempio che le sezioni rimangano piane)

Elementi longitudinali continui e collaboranti: fasciami, correnti, correnti rinforzati del fianco, paramezzali.

Carichi primari in acqua tranquilla

-

& Forze agenti in acqua tranquilla su una sezione nave

1. forze agenti solo verticali (nave trasversalmente diritta) :

• pesi (= forze interne, inerziali, gravitazionali). risultante applicata nel

baricentro della sezione (in generale non sul piano di simmetria)

• spinte (forze esterne, idrostatiche). Risultante applicata nel centro di

spinta (sul piano di simmetria) a meno di falle

2. Sull’asse del trave nave ad una certa sezione viene applicato un

sistema equivalente di forze/momenti: 1 forza risultante (vertic.)

+ 1 momento torcente

-

Carico statico abbiamo detto che vuol

dire che ha un tempo di applicazione

superiore al periodo delle onde del mare.

Se ci fosse una falla bisogna tenere conto che una parte della sezione è occupata dall'acqua e quindi quella parte non genera

la spinta (sottrazione di carena). Pesi e spinte sono forze verticali, ovvero forze perpendicolari al piano di galleggiamento e

parallele al piano di simmetria della nave se la nave è trasversalmente dritta (quest'ultima la si da per scontato). Le forze

orizzontali ci sono ma le risultanti sono verticali quindi in questo senso possiamo dire che la spinta è solo verticale.

Il problema è che queste risultanti sono applicate in punti diversi tra loro e diversi dal punto dove l'asse del trave nave

attraversa la sezione. Questo centro ha a che fare con la struttura della nave e non con i pesi o spinte.

L'asse del trave nave è un punto dell'asse di simmetria della sezione (diamo per scontato che la sezione strutturale sia

simmetrica) ma messo in una quota diversa da dove sono applicate le altre due forze. Le forze, che agiscono sulla sezione,

le dobbiamo applicare all'asse trave nave. Se ci limitassimo solo a questo avremmo due sistemi non equivalenti perché nel

disegno di sinistra abbiamo anche un'azione di torsione (momento) rispetto all'asse del trave nave. Il momento lo sappiamo

calcolare come Forza*braccio e lo possiamo andare a rappresentare come agente attorno all'asse di trave nave.

Distribuzioni longitudinali di forze e momenti (agenti sulle sezioni)

1. Carico verticale: Per noi le forze sono

positive verso l'alto

q (x)= distribuzione di carico verticale in acqua tranquilla

sv

b(x) = distribuzione di spinte (in acqua tranquilla)

w(x) = distribuzione di pesi a bordo

m(x) = distribuzione di massa

A (x)= distribuzione di area trasversale immersa

I

2. Carico torsionale:

dovuto eventualmente a

• baricentro masse sulla seziona non sul piano di simmetria:

Volendo scriverlo in maniera generale dato dalla somma di

è

due contributi, in questo caso avevamo solo quello dei pesi

q (x) = distribuzione di momento torcente in A.T.

st

y (x) = posizione trasversale della risultante forze peso sulla sezione

g

• spinta disassata (per falla) applicata nel centro dell’area trasversale immersa efficace

NB: trave nave libera → forze e momenti applicati sono globalmente auto-equilibrati

& & & Le forze agenti globalmente devono essere nulle,

perché se così non fosse vuol dire che non è ferma.

condizione generata

-

condizione sul carico il carico torsionale deve

sul momento delle

verticale (equilibrio alla essere auto equilibrato

forze verticali (eq.

traslazione verticale) (eq. alla rotazione attorno

alla rotazione nel all'asse del trave di nave)

piano verticale)

(i il momento

ha perché

il polo che

importanza scelgo

non alla

forza asse riconducibile

di è

rispetto un

una di parallelo

forze TRASPORTO

rispetto altro

distribuzione asse

Stessa un

La prima cosa da fare è fare la verifica dell'equilibrio! La trave nave è libera e quindi non abbiamo forze concentrate da

nessuna parte quindi sono le forze esterne che devono farsi equilibrio tra loro, in particolare i carichi che andiamo ad

applicare al trave scafo devono essere auto equilibrati.

Diagramma di Nave ferma in acqua tranquilla

carico residuo

(verticale) Distribuzione di spinta: si entra con l'immersione alla varie

sezioni dentro al diagramma di Bonjean ricavando l'area

trasversale immersa. Per arrivare a questa curva si moltiplica

Una volta che abbiamo la l'area trasversale immersa per il peso specifico dell'acqua.

distribuzione di pesi la

mettiamo a confronto Per studiare l'equilibrio della nave dobbiamo

con la distribuzione di sapere come sono distribuiti i pesi a bordo.

spinta (in realtà hanno

segni opposti ma li Facendo la somma algebrica delle due distribuzione

rappresentiamo positivi

per praticità) otteniamo il carico residuo, ovvero il carico verticale

statico in acqua tranquilla.

Da li integrando si ottiene il taglio verticale e integrando

due volte otteniamo il momento flettente verticale.

&

Sollecitazioni globali presenti

– taglio verticale

– momento flettente agente nel piano verticale (di simmetria)

– momento torcente agente attorno all’asse della trave nave (che si ottiene integrando il carico torsionale )

Diagrammi sollecitazioni e deformata verticale

Taglio e momento si ottengono integrando una e due volte rispettivamente il diagramma del carico, ricordando che le

costanti d’integrazione sono nulle (trave libera).

au

· Il diagramma della rotazione e dello spostamento verticale (deformata) si ottengono rispettivamente integrando una e due

volte il diagramma del momento (diviso per il modulo di elasticità e per la distribuzione dei momenti d’inerzia sezionali).

Le costanti d’integrazione (diverse da 0) devono essere determinate in base a considerazioni fisiche.

Sollecitazioni e deformata trave nave

Se ritorna a zero significa che il

- diagramma del carico nullo

è

↳ garantito dal fatto che l'area del

diagramma del taglio nulla

è Se parto da zero ottengo una nave la

cui poppa è ferma ma tutte le altre

sezioni si muovono a seconda che la

nave sia insellata o inarcata. Questo

non va bene e bisogna trovare una

costante di integrazione.

-

Nota: nei grafici riportati di φ ed η non si tiene

conto delle costanti di integrazione φ0 ed η0

Fonti dati per la determinazione della distribuzione di peso Per tutte queste voci è

importante definire la

condizione di carico.

Elaborazione distribuzione di peso

Dati (per ogni voce di peso, eventualmente suddivisa in senso longitudinale in "trance” omogenee):

— peso

— porzione di asse su cui si vuole ripartire (inizio-fine)

— posizione longitudinale baricentro elemento

Ipotesi: distribuzione lineare (trapezio)

Procedura: si determinano i valori iniziale e finale della distribuzione lineare (ed eventualmente

quelli intermedi, per interpolazione) unit

a

per

peso Ciascuna voce di peso viene tramutata in

& un trapezio in cui dobbiamo determinare le

due basi che rappresentano il peso per unità

AFT di lunghezza della posizione iniziale finale.

FORE I dati di uscita sono la posizione longitudinale

dell'inizio e il peso per unitá di lunghezza della

posizione iniziale e finale.

Y

& Cr

Reso

longitudinale

estensione

I rispetto

relativa metà

posizione lunghezza

baricentro

del

la

è alla

Elaborazione distribuzione di spinta

In questo caso ho in equilibrio la nave, quindi solo la distribuzione di peso e la

condizione di carico. Di conseguenza so già il peso totale e il baricentro totale.

Dati:

– caratteristiche geometriche scafo: TCD, T. Bonjean

Procedura:

– individuazione del galleggiamento di equilibrio

– dal diagramma di Bonjean: diagramma delle aree trasversali immerse

– il diagramma delle spinte = aree trasversali per il peso specifico del fluido

Controllo equilibrio

= congruenza distribuzioni pesi e spinte:

trave nave libera → forze applicate globalmente equilibrate

All