Flessione della nave - NOINAVI

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Flessione della nave

Nascosto 1
La trave nave
La nave è composta da un insieme di strutture resistente estremamenti complesse, il cui calcolo non è immediato..
Come primo approccio si può effettuare una grande semplificazione, immaginando la nave come una trave. Poggiata su supporti (spinta dell'acqua) e forze, quali il peso proprio ed i carichi.
Peso della nave
Il peso della nave è costituito da: scafo, macchinari ed allestimento. Aggiungendo i soli liquidi in circolazione si otterrà il peso della nave vacante.
Graficamente lo ai rappresent a assumendo in ascissa l'intera lunghezza della nave ed in ordinata il peso.  Dal diagramma si evince che il peso dello scafo ha il suo massimo nel corpo cilindrico, mentre degrada alle sue estremità. le paratie stagne trasversali indicano un aumento di peso localizzato, mentre a poppavia sono indicati il peso delle macchine e del cassero. Il diagramma è relativo ad una petroliera o ad una rinfusiera. Una nave pax avrà una distribuzione dei pesi più uniforme e le paratie trasversali avranno un'evidenza minore.
Flessione della trave-nave
Sino ad ora si è considerata la nave come appoggiata uniformemente (sostenuta dalla spinta di Archimede) e con tutti i suoi pessi, distribuiti abbastanza uniformemente.

Flessione
Flessione semplice
Si supponga di avere una configurazione costituita da una trave ideale filiforme, libera di ruotare, posta su  un appoggio solidale al terreno ed un appoggio mobile.
a) la trave è appoggiata, libera di ruotare sui due supporti;
b) Applicato un carico alla trave, si deforma elasticamente, per una freccia "f". Per effetto del carico, la distanza fra gli estremi della trave diminuisce. per tale ragione, un solo supporto è rigido con il suolo, mentre l'altro è  mobile.
Almeno un supporto deve essere libero, per evitare tensioni indotte lungo la trave. Nella figura successiva si vede un ponte poggiato su uno scorrevole, proprio per le motivazioni anzi addotte.
c) Trave con sezione quadrata. Questa trave si comporta come la trave "filiforme".
Scorrevole
Ponte
Il ponte è un "sistema complesso" che, con qualche semplificazione, è assimilabile a quanto visto.
Il ponte alla sua estremità poggia su supporto mobile (evidenziato in figura). Al passaggio di carichi, si deformerà insellandosi e spostandosi sul rullino. Spostamenti e freccia sono misurabili strumentalmente. La trave-ponte lavora in campo elastico.

Asse neutro
La trave sollecitata verso ilbasso si inarca.  Le fibre della parte superiore si comprimono (1), mentre le fibre della faccia inferiore si distendono (2).
Considerando  una sezione qualunque, questo fenomeno in cui si generano due tensioni di segno oopsto, si rappresentano con due vettori contrapposti.
Considerando ancora la sezione con i due vettori in opposozione, è evidente che daun vettore di valore "+X" ad un vettore "-X", si troverà un vettordo vlore "0X" ovvero un punto (3) in cui la tensione cambiando da positiva a negativa è ZERO. Ciò avviene su tutta la trave in cui si ha un "piano neutro (4)" (trave di materiale omogenea e di profili simmetrico).
Le tensioni maggiori di una trave sottoposta a sollecitazione, sono alla periferia della trave. Travi di acciaio a sezione quadra  sarebbero ecessivamente pesanti; si preferisce utilizzare profili con sezione a doppio T o assimilabili (5). Usualmente le due parti resistenti sono chiamate "ali" o "piattabanda" , mentre la parte di collegamento fra di esse è denominata "anima".
A favore della leggerezza, senza diminuire la resistenza, si effettuano fori di alleggerimento (di dimensioni discrete) in corrispondenza dell'asse neutro (6).
La trave-nave
La nave vista come una trave scatolare, ha il lembo superiore nel ponte resistente ed il lembo inferiore nel fasciame del fondo. I fianchi della nave sono l'elemento di collegamento fra le due strutture resistenti.

Beam
Trave caricata
A seconda di come una trave è caricata ed in funzione delle reazioni si potrà inflettere:
  1. Trave su due supporti all'estremità, con un carico concentrato in mezzeria (od anche uniformemnte distribuito su tutto l'estradosso). Si inarcherà verso il basso (insellata). Le fibre dell'estradosso saranno compresse, mentre le fibre dell'intradosso saranno tese.
  2. Trave su un supporto centrale, con un carichi concentrati all'estremità (od anche uniformemnte distribuito su tutto l'estradosso). Si inarcherà verso l'alto (inarcata). Le fibre dell'estradosso saranno tese, mentre le fibre dell'intradosso saranno compresse.

Trave caricata
Caricazione anomala
Durante le operazioni di carico o discarica della nave potrebbe accadere che i pesi fossero distribuiti non uniformemente.
Carichi concentrati senza criterio possono insellare (A) od inarcare (B) la nave.
Talvolta l'esigenza del caricatore potrebbe scontrarsi con il comando che imporrà la tutela dell'integrità della nave.
Illibretto di caricazione e per chi è dotato di un sistema elettronico, consentono di evitare stress non adeguati alla robustezza della nave.
errori caricazione
Trazione o compressione
Una struttura, ad esempio una trave di materiale omogeneo, sottoposta a tensione distribuirà le "linee di forza" uniformemente nella sua sezione. La tensione interna sia essa di trazione (figura) che di compressione si distribuisce uniformemente su tutta la sezione.
Ove in una sezione sottoposta a tensione, sia presente una falla (inclusione, soffiatura, cricca di raffreddamento, etc.) la precedente tensione si distribuirò sulla sezione restante, creando una conentrazione indesiderata  di tensioni non prevista.
La figura illustra quantitativamente il concetto.
Stress
Strutture ad angolo
Sia nella costruzione navale che industriale si incorre frequentemente in strutture ad "angolo". Le linee di forza segnate quantitativamente nel diagramma "A" evidenziano la concentrazione di tensione nell'angolo concavo della struttura.
Una struttura così realizzata presenta un punto critico nellangolo concavo. Lìimmagine "B" recupera la distribuzione delle tensioni facendone transistare una parte in un elemento aggiuntivo. Una squadretta  flangiata per uaccoppiamento baglio-costola o costola-madiere od una struttura scatolare su una nave portacontainer.
Cantilever stress
Box ship
Stress particolari delle containership
Le navi portaciontainer presenterebbero un punto critico di concentrazione delle tensioni (5) che se non adeguatamente compensato, potrebbe ingenerare eventi indesiderati. Ad esempio con una squadra, si ovvierebbe alla criticità consentendo alle tensioni di distribuirsi uniformemente. Una squadra creerebbe però uno spazio verticale non commerciabile; un "cassone rinforzato" com il profilo di un container, rididtribuirà gli stress permettendo la caricazione sopra di esso.

  1. Forze (rosso) esercitate dal carico sulle coperture delle stive,
  2. forze (rosso) esercitate dal carico in stiva,
  3. forze (blu) esercitate dalla pressione idrostatica dell'acqua,
  4. linee delle tensioni nella struttura (gialle),
  5. punto critico  di addensamento delle tensioni,
  6. strategia di ridistribuzione delle tensioni.

Acqua tranquilla
La nave considerata come trave, quando sia in acque tranquille, quali porti, rade  riparate, etc. , sarà sostenuta su tutta la sua lunghezza. Per avere la "nave sicura" si debbono considerare anche condizioni di mare estreme, nonché caricazioni improprie.
Supporto uniforme
Nave su due supporti
La trave,nave è posta su due supporti alle sue estremità. Ipotesi di una coppia di onde pari alla lunghezza della nave
Onda al mezzo
Ipotesi di nave con onda nella mezzeria della sua lunghezza.
Moto ondoso
Analizzata la situazione in acqua tranquilla, è necessario procedere oltre in considerazione della possibilità di mare avverso.
Si è individuato un algoritmo che interpreti il moto ondoso. L'onda trocoidale risponde con buona fedeltà all'esigenza. Graficamente, un cerchio di raggio "R" ruota su un percorso pari al suo intero perimetro (2 p R).
Solidale ad esso un cerchio concentrico di raggio "r" ruoterà tracciando un onda di periodo "2 p R" ed altezza (da ventre a cresta) pari a 2r.

Onde trocoidale
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