Appunti Navi militari - parte 2

VERIFICA WHIPPING

Il "fenomeno whipping" può anche riferirsi a un fenomeno fisico che riguarda la flessione delle

strutture, come le travi delle navi. Quando una nave naviga attraverso le onde del mare, può essere

soggetta a varie forze che causano flessioni e torsioni nella sua struttura. Queste forze possono essere

particolarmente intense durante condizioni meteorologiche avverse o in mare agitato.

Il "whipping" può verificarsi quando la nave viene sottoposta a oscillazioni flessionali ad alta

frequenza, che possono essere causate da diverse condizioni, come onde irregolari, manovre della

nave o fenomeni di risonanza strutturale. Queste oscillazioni possono aumentare di intensità nel

tempo, mettendo a rischio l'integrità strutturale della nave.

Per prevenire o mitigare il fenomeno del whipping sulle travi delle navi, gli ingegneri navali adottano

diverse strategie di progettazione, come l'uso di materiali adeguati, la progettazione di travi più rigide

o l'implementazione di sistemi di controllo delle vibrazioni. Inoltre, durante la navigazione, i capitani

possono adottare manovre specifiche per ridurre le sollecitazioni sulle travi e prevenire il verificarsi

del fenomeno whipping.

Si va a schematizzare una serie di travi a sezione variabile...

Il modello di nave è soggetto ad un momento flettente dovuta alla bolla pulsante.

HULL SHOCK FACTOR

È il premio che corrisponde al premio dell’assicurazione (quanto vogliamo pagare per fare una nave

resistente ad una esplosione). È un dato classificato, riservatissimo del requisito operativo della nave.

Esprime la severità dell’esplosione subacquea alla quale deve resistere la nave.

KEEL SHOCK FACTOR , altro fattore

Nel requisito operativo si decide poi quale fattore, in funzione di quale funzione vogliamo

salvaguardare, nel requisito operativo.

Nei requisiti operativi si parla di approccio integrato per cui si hanno diversi livelli di shock factor.

Una volta stabilito quali sono queste funzioni si fa un shock catalog.

Op: operativo

Frequentemente i danni in chiglia sono provocati dalla sola onda di shock, spesso però questi danni

sono resi più sensibili dai carichi delle successive pulsazioni della bolla di gas. Poiché tra l’onda di

shock e quella dovuta alla pulsazione della bolla di gas passa un certo intervallo di tempo, può darsi

che la deformazione dovuta a quest’ultimo fenomeno avvenga in un punto dello scafo diverso da

quello che è stato colpito dall’onda di shock. Se la prima pulsazione avviene molto vicino al fondo,

il carico concentrato che ne consegue fora il fasciame e l’energia della bolla di shock penetra nello

scompartimento sovrastante.

Per una data esplosione, ogni sezione della trave scafo reagisce con una con una velocità di

spostamento massima sul fondo, media nella sezione stessa, che sono legate alla distanza dal punto

di scoppio e all’angolo di incidenza dell’onda di shock.

Le accelerazioni, tuttavia, possono variare notevolmente in qualsiasi parte della nave (fig. 6). In

corrispondenza della chiglia, un accelerometro rifletterà accuratamente l'accelerazione della nave

rispetto all'onda d'urto, ma registrerà anche la risposta ad alta frequenza localizzata sulla struttura

della nave in questa particolare regione.

Le accelerazioni registrate alla paratia nei vari livelli di una nave tenderanno a diminuire man mano

che le misure vengono effettuate più in alto nella struttura della nave. La ragione di ciò risiede nel

fatto che la paratia non è una struttura totalmente rigida e quindi non trasmette istantaneamente queste

accelerazioni per tutta l'altezza della paratia stessa (con conseguente graduale diminuzione

dell'accelerazione registrata all'aumentare dell'altezza della paratia). ... Omissis ... Lontano dalla

paratia le accelerazioni possono variare in modo molto significativo, soprattutto su travi e ponti

flessibili. La risposta alle accelerazioni di queste regioni sarà una funzione della massa e della rigidità

della regione.

Definizione dei requisiti antiurto

Approccio integrato (1/3)

– Definizione dei livelli di severità d’urto (Hull Shock Factor)

– Definizione delle “funzioni nave” che devono essere garantite per i diversi HSF

– Associazione dei livelli di severità d’urto ai macchinari/ impianti/ componenti

Tutti i componenti necessari per una funzione per la quale è richiesta una resistenza all’esplosione

subacquea sono raggruppati in uno Shock Catalog. Una volta che sono definiti lo shock factor e le

zone nelle quali è installato il componente, rimangono automaticamente definiti accelerazione e

modalità di verifica della prestazione.

PROTEZIONE ANTIURTO

• Prove su macchine d’urto

– Per pesi leggeri

– Per pesi medi

• Prove di scoppio su bettolina

– Per macchinari pesanti

– Per componenti a scafo

• Verifiche mediante calcoli

– Analisi dinamica completa (ADC)

– Analisi dinamica semplificata (ADS)

• Prove di scoppio su unità al vero

Whipping - analisi a bassa frequenza (< 10 Hz)

dovuto al carico di shock che agisce con intensità differente lungo lo scafo per effetto della

A. diversa distanza dalla carica

dovuto al carico pulsante della bolla : può essere risonante con i modi di vibrare più bassi del

B. trave nave

Effetto b) considerato preponderante in quanto più efficace nel trasferire energia nel moto di flessione

della trave nave.

Gli effetti della pulsazione delle bolle

Le onde d'urto e la pulsazione delle bolle causano effetti diversi sulle strutture delle navi. Il carico

generato dalla pulsazione delle bolle ha principalmente componenti a bassa frequenza, vicine alle

prime frequenze naturali della nave, coinvolgendo l'intera risposta del ponte del bastimento. In questo

caso, la manifestazione di una condizione risonante può portare a una risposta globale ad alta

ampiezza del ponte del bastimento con gravi danni strutturali.

Un modello che descrive la dinamica della pulsazione e della migrazione della bolla di gas, insieme

alla previsione dell'effetto di carico che il flusso indotto dal movimento della bolla esercita su punti

discreti lungo la lunghezza della nave. Di solito vengono applicate una teoria della bolla di esplosione

subacquea e una teoria del flusso idrodinamico, che portano alla valutazione delle funzioni di carico

dinamico transitorio.

Un modello per la rappresentazione del ponte del bastimento della nave per prevedere la risposta

globale del ponte alle sollecitazioni dinamiche. Il ponte del bastimento è generalmente modellato

come una trave a sezione variabile con massa concentrata nei nodi, e analizzato attraverso un codice

informatico di elemento finito lineare. Può essere adottato un algoritmo di integrazione diretta passo-

passo o un algoritmo di sovrapposizione modale. In questa rappresentazione sono richieste proprietà

trasversali, forma dello scafo e distribuzione della massa strutturale, insieme a proprietà di

galleggiamento e massa aggiunta dello scafo, derivate dai disegni idrodinamici della forma dello

scafo. Il valore massimo del rapporto tra il momento flettente massimo calcolato e il momento

flettente massimo locale per tutte le posizioni lungo la lunghezza del ponte del bastimento è chiamato

Indice di Whipping (WI).

LEZIONE 10/05

Qualsiasi macchinario installato a bordo deve essere ancorato alla struttura con rinforzi. Persino il

macchinario stesso, anche se ancorato su resilienti, trasmetterà vibrazioni alla lamiera, e se

quaest’ultima non è ben rinforzata le vibrazioni si trasmettono portando usura all’apparato motore

stesso.

ISOLAMENTO

Abbiamo visto che per contenere il rumore bisogna evitare che i macchinari rotati e macchine

alternative trasmettano vibrazioni allo scafo, e dallo scafo all’acqua.

In linea generale, i problemi del silenziamento e dell’antishock possono anche non coesistere. Sulle

navi militari I due problemi coesistono quando, fra I diversi provvedimenti che si prendono per

silenziare un impianto, si attua anche la sistemazione dei componenti su resilienti.

Più precisamente si può dire che quando la riduzione del rumore viene affrontata intervenendo non

alla sorgente del rumore, o mediante assorbimento o riflessione dello stesso, bensì sulla via meccanica

di trasmissione del suono, questo tipo di silenziamento comporta anche la valutazione della

rispondenza del sistema elastico ai requisiti antishock.

Tra il rumore generato dai sistemi di bordo e la concussione per esplosione subacquea si riscontrano

affinità qualitative; per ovviare a questi due problemi la soluzione può essere unica. Ricapitolando:

Lo scopo è abbassare/annullare il livello sonoro all’interno della nave e nell’acqua che la circonda in

cui si propagano i rumori trasmessi dalla nave stessa:

 •agendo sulla sorgente che li genera;

 •assorbendo o riflettendo i rumori esistenti;

 •impedendo la propagazione diretta dei rumori e quella di vibrazioni di frequenza acustica,

ovvero l’impiego dei resilienti è opportuno quale sistema per tagliare, o filtrare, le vibrazioni

che una macchina trasmetterebbe alla sua fondazione se ad essa fosse collegata direttamente.

I resilienti hanno una doppia funzione: proteggere il macchinario dalle sollecitazioni provenienti dallo

scafo (esplosioni e successiva onda di shock).

Quello che caratterizza i resilienti è la frequenza naturale del resiliente.

Ricordiamo che, dal sistema massa-molla …

La frequenza naturale o pulsazione naturale è proporzionale alla rigidezza del sistema e inversamente

proporzionale alla massa; quindi, sistemi non molto rigidi e con massa elevate hanno basse pulsazioni

di risonanza e viceversa sistemi molto rigidi e con poca massa hanno elevate pulsazioni naturali.

Un altro parametro è la deflessione statica, è il rapporto tra il peso della massa e rigidità della

sospensione elastica. Abbiamo una relazione tra la frequenza naturale e la deflessione statica della

sospensione elastica. Nel caso dei sistemi dove abbiamo anche uno smorzatore caratterizzato da un

coefficiente di smorzamento, allora:

Nel caso degli smorzatori abbiamo anche lo smorzamento critico.

Il fattore di smorzamento è il rapporto tra lo smorzamento del sistema e lo smorzamento critico.

Un altro parametro è la trasmissibilità del resiliente:

L’efficacia di un resiliente è valutata in funzione di trasmissibilità T del resiliente stesso.

T: rapporto tra la forza che si scarica sulla fondazione e quella eccitante che si scarica sul resiliente.

Dispense…

Tuti i resilienti hanno il potere di smorzamento-damping. La costante di smorz