CORSO DI COSTRUZIONI NAVALI ESERCITAZIONI TEMA E TESTI DELLE ESERCITAZIONI Indice TEMA DELLE ESERCITAZIONI...pag. 2 TESTI DELLE ESERCITAZIONI Progetto con le formulazioni di Registro...pag. 3 ES. n.1 ES. n.2 ES. n.3 Definizione della geometria strutturale Progetto strutturale locale Progetto strutturale globale Verifica diretta della robustezza longitudinale...pag. 6 ES. n.4 ES. n.5 ES. n.6 ES. n.7 Verifica della sezione maestra in acqua tranquilla Verifica della sezione maestra in mare ondoso Verifica della sezione maestra con il metodo della linea d influenza Verifica a taglio di una sezione del corpo cilindrico Verifica diretta della robustezza dei sottosistemi strutturali...pag. 10 ES. n.8 ES. n.9 Verifica di un grigliato del fondo Verifica della robustezza trasversale di una costola rinforzata del corpo cilindrico
TEMA Le esercitazioni del corso di Costruzioni Navali consistono nello svolgimento di una serie di applicazioni pratiche, svolte a complemento delle lezioni teoriche con lo scopo di favorire una migliore comprensione delle nozioni impartite durante il corso. Gli argomenti trattati sono selezionati tra quelli del corso in modo da abbracciare con completezza la vasta panoramica riguardante il tema del progetto e della verifica delle strutture navali. Particolare attenzione viene prestata allo studio degli argomenti fondamentali del programma, la cui conoscenza rappresenta una solida base per la comprensione del comportamento delle strutture navali, fornendo gli strumenti per l approfondimento delle tematiche strutturali. Con l intenzione di conseguire le finalità qui esposte, le esercitazioni del corso di Costruzioni Navali sono articolate in modo da toccare i seguenti argomenti: robustezza longitudinale, robustezza dei sottosistemi strutturali dello scafo, robustezza trasversale. Tali argomenti vengono svolti mettendo in evidenza le connessioni fra queste diverse fasi, nell ottica di dare una visione globale del problema del progetto strutturale di una nave. Proprio per facilitare la comprensione del metodo di analisi della struttura della nave, le esercitazioni intendono sviluppare un progetto strutturale unitario. Prendendo infatti avvio dalla definizione della geometria strutturale viene impostato il progetto delle strutture principali di una nave, le applicazioni pratiche riguardanti le verifiche di robustezza verranno poi sviluppate interamente sul progetto appena impostato. Tale studio verrà perciò condotto in armonia con la seguente scaletta: definizione del piano delle ossature e della geometria strutturale, progetto locale e globale con le formulazioni di Registro, verifica analitica diretta della robustezza longitudinale, verifica analitica diretta della robustezza dei sottosistemi strutturali, verifica diretta con metodi numerici della robustezza globale. Lo studio strutturale verte sull analisi di una nave cisterna, la cui tipologia risulta particolarmente adatta a favorire la comprensione degli argomenti trattati. Fra le navi mercantili la nave cisterna si presta infatti a una prima esperienza di progetto grazie alla particolare geometria strutturale. Con l idea poi di concentrare l attenzione sulle strutture principali dello scafo resistente, il progetto in esame viene in particolare modo orientato agli elementi strutturali che costituiscono il corpo cilindrico centrale della nave, ovvero il tratto di scafo adibito al trasporto del carico. Nell ambito delle esercitazioni l impostazione del progetto strutturale va considerata come una fase di un progetto complessivo già avviato, nel quale quello strutturale si inserisce. Per questo motivo le analisi strutturali verranno condotte considerando noti una serie di dati: le caratteristiche principali della nave, la distribuzione dei carichi interni e la geometria di carena. Sulla base di quanto esposto il tema della esercitazioni del corso di Costruzioni Navali può essere riassunto come Progetto delle strutture principali di una nave cisterna entro la zona per le cisterne del carico. Esso verrà svolto articolandosi in una serie di fasi progettuali sequenziali, indicate come singole esercitazioni, così come di seguito specificato. pag.2
Esercitazione n.1 Progetto con le formulazioni di Registro DEFINIZIONE DELLA GEOMETRIA STRUTTURALE Definizione della geometria strutturale della zona per le cisterne del carico. Definizione del piano delle ossature in funzione del tipo di nave e delle esigenze del carico. Definizione della struttura del corpo cilindrico centrale della nave: definizione della geometria strutturale della sezione maestra, delle costole rinforzate, degli anelli rinforzati longitudinali e delle paratie stagne trasversali. Definizione della distanza fra rinforzi ordinari e dei corsi di fasciame. Descrizione del tipo di nave ed illustrazione del criterio per la definizione della geometria strutturale, sia per le esigenze del carico che per la robustezza. Disegno schematico del piano delle ossature. Disegno schematico della sezione maestra, su costola ordinaria e rinforzata, con l indicazione della geometria (distanza tra elementi strutturali, larghezza dei corsi di fasciame, distanze tra i rinforzi). Disegno schematico della sezione longitudinale della stiva entro il corpo cilindrico centrale, con l indicazione della geometria. Disegno schematico della paratia stagna trasversale di compartimentazione, con l indicazione della geometria. pag.3
Esercitazione n.2 Progetto con le formulazioni di Registro PROGETTO STRUTTURALE GLOBALE Dimensionamento in base alle normative vigenti della sezione maestra. Definizione dei materiali. Predimensionamento dei fasciami e delle travi rinforzate, verifica della minima larghezza dei corsi di fasciame, scelta dei rinforzi ordinari. Calcolo diretto delle caratteristiche meccaniche della sezione maestra. Verifica della sezione maestra in base alle formulazioni del Registro. Descrizione del metodo di predimensionamento degli elementi strutturali effettuato sulla base del Regolamento, descrizione delle modalità di valutazione dei carichi di progetto. Descrizione del metodo di valutazione delle caratteristiche meccaniche della sezione maestra. Tabella riassuntiva dei calcoli delle caratteristiche della sezione maestra (distinta degli elementi strutturali resistenti della sezione maestra e valori delle caratteristiche meccaniche totali). Definizione delle condizioni di calcolo delle tensioni primarie longitudinali e valutazione delle stesse. Illustrazione del metodo di progetto della sezione maestra (metodo di calcolo dei carichi, criteri di verifica) effettuato sulla base del Regolamento. Disegno schematico della sezione maestra, su costola ordinaria e rinforzata, con l indicazione dei dimensionamenti (materiale, spessori, quotatura dei ferri). pag.4
Esercitazione n.3 Progetto con le formulazioni di Registro PROGETTO STRUTTURALE LOCALE Dimensionamento in base alle normative vigenti del fasciame e dei rinforzi ordinari entro la zona per le cisterne del carico. Calcolo delle pressioni di progetto sui fasciami e valutazione delle stesse sugli elementi strutturali. Dimensionamento dei fasciami a snervamento e ad instabilità. Dimensionamento dei rinforzi ordinari a snervamento e ad instabilità, scelta dei rinforzi ordinari utilizzando il profilatario. Descrizione del metodo di predimensionamento degli elementi strutturali effettuato sulla base del Regolamento, descrizione delle modalità di valutazione dei carichi di progetto. Illustrazione delle scelte progettuali, dei carichi di riferimento, ipotesi operative e semplificazioni dei parametri di calcolo. Tabella riassuntiva dei dimensionamenti di lamiere (valore di predimensionamento, valore di progetto a snervamento, valore di verifica ad instabilità, valore di net scantling, correzione per corrosione, valore di progetto finale) e di ferri (valore di progetto a snervamento, valore di verifica ad instabilità, valore di net scantling, correzione per corrosione, valore di progetto finale) Disegno schematico della sezione maestra efinitiva, su costola ordinaria e rinforzata, con l indicazione dei dimensionamenti (materiale, spessori, quotatura dei ferri). pag.5
Esercitazione n.4 Verifica diretta della robustezza longitudinale VERIFICA DELLA SEZIONE MAESTRA IN ACQUA TRANQUILLA Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali in acqua tranquilla e verifica della robustezza longitudinale. Valutazione dei pesi, delle spinte e dei carichi in acqua tranquilla. Calcolo delle caratteristiche di sollecitazione verticali di trave-nave in acqua tranquilla per le condizioni di caricazione di progetto. Verifica della robustezza longitudinale in acqua tranquilla (tensioni massime sulla sezione maestra). Valutazione della freccia massima per le condizioni di caricazione di progetto. Descrizione del metodo di verifica della robustezza longitudinale. Descrizione del metodo di valutazione delle caratteristiche di sollecitazione in acqua tranquilla. Grafici della distribuzione dei pesi, delle spinte, dei carichi, del taglio verticale e del momento flettente verticale per le condizioni di caricazione di progetto. Calcoli di verifica della sezione maestra per le condizioni di caricazione di progetto. Descrizione del metodo di calcolo della linea elastica, grafici correlati al procedimento e valore della freccia massima. Grafico della linea elastica per le condizioni di caricazione di progetto. pag.6
Esercitazione n.5 Verifica diretta della robustezza longitudinale VERIFICA DELLA SEZIONE MAESTRA IN MARE ONDOSO Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali in mare ondoso e verifica della robustezza longitudinale. Definizione dell onda efficace per il calcolo dei carichi aggiuntivi d onda. Calcolo delle caratteristiche di sollecitazione verticali aggiuntive d onda per le condizioni di caricazione di progetto. Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali totali per le condizioni di caricazione di progetto. Verifica della robustezza longitudinale in mare ondoso (tensioni massime sulla sezione maestra). Descrizione del metodo di valutazione delle caratteristiche di sollecitazione in mare ondoso: caratteristiche dell onda efficace, ricerca della posizione dell equilibrio della nave sull onda congelata (iterazioni di ricerca dell equilibrio alla traslazione e alla rotazione), condizione di equilibrio finale della nave. Grafico dell onda efficace (sovrapposto a quello dell onda sinusoidale di uguali caratteristiche). Grafici della distribuzione delle spinte totali e aggiuntive d onda, del taglio verticale e del momento flettente verticale per le condizioni di caricazione di progetto (sia aggiuntivi d onda che totali). Valori massimi delle caratteristiche di sollecitazione totali e calcoli di verifica della sezione maestra per le condizioni di caricazione di progetto. pag.7
Esercitazione n.6 Verifica diretta della robustezza longitudinale VERIFICA DELLA SEZIONE MAESTRA CON IL METODO DELLA LINEA D INFLUENZA Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali in mare ondoso con il metodo della linea d influenza e verifica della robustezza longitudinale. Valutazione della linea d influenza del taglio e del momento verticale sulla sezione maestra. Calcolo delle caratteristiche di sollecitazione verticali aggiuntive d onda sulla sezione maestra con il metodo della linea d influenza per le condizioni di caricazione di progetto. Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali totali per le condizioni di caricazione di progetto. Verifica della robustezza longitudinale in mare ondoso (tensioni massime sulla sezione maestra). Illustrazione del procedimento di valutazione della linea d influenza del taglio e del momento flettente verticale sulla sezione maestra. Equazione e grafico della linea d influenza del taglio e del momento flettente verticale sulla sezione maestra. Descrizione del procedimento di calcolo del momento flettente verticale aggiuntivo d onda sulla sezione maestra con il metodo della linea d influenza e grafici relativi al procedimento. Valori massimi delle caratteristiche di sollecitazione totali e calcoli di verifica della sezione maestra per le condizioni di caricazione di progetto. Confronto fra i valori del momento flettente verticale aggiuntivo d onda e delle tensioni totali massime considerando i metodi sopra citati. pag.8
Esercitazione n.7 Verifica diretta della robustezza longitudinale VERIFICA A TAGLIO DI UNA SEZIONE DEL CORPO CILINDRICO Verifica a taglio verticale di una sezione del corpo cilindrico centrale. Valutazione del taglio verticale di progetto con le formulazioni di Registro e con il metodo diretto dell onda congelata. Valutazione della distribuzione delle tensioni tangenziali di taglio sulla sezione trasversale. Verifica della robustezza della sezione in esame rispetto alle tensioni tangenziali di taglio verticale totale. Illustrazione del procedimento di valutazione del taglio di progetto per la zona del corpo stive (limitatamente al corpo cilindrico centrale). Descrizione della procedura di calcolo del flusso di taglio sulla sezione trasversale (schematizzazione, fase di valutazione del flusso isostatico, di quello correttivo e di quello totale). Disegno schematico della sezione trasversale di calcolo, con l indicazione degli spessori corretti, delle dimensioni dei bracci delle celle chiuse e delle convenzioni per il calcolo (ascisse curvilinee di cella e loro origini, ascisse parziali dei bracci). Grafico del flusso isostatico, del flusso correttivo e del flusso totale sulla sezione (riferiti ad un taglio verticale totale unitario). Grafico della tensione tangenziale riferito alla condizione di caricazione di progetto. Descrizione del procedimento di valutazione della tensione tangenziale massima ed illustrazione del metodo di verifica. pag.9
Esercitazione n.8 Verifica diretta della robustezza dei sottosistemi strutturali VERIFICA DI UN GRIGLIATO DEL FONDO Verifica delle travi del grigliato del doppiofondo di una cisterna per il carico entro il corpo cilindrico centrale. Risoluzione del grigliato del fondo di una cisterna (sistema algebrico ridotto ), previa definizione dello schema strutturale di calcolo, dei carichi di progetto e dei vincoli. Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione verticali sulle travi del grigliato. Verifica delle travi (madieri e paramezzali) alle tensioni nominali primarie e secondarie. Valutazione delle reazioni vincolari alle estremità del grigliato per il calcolo dell effetto di ridistribuzione del taglio. Illustrazione del procedimento di schematizzazione del doppiofondo (geometria e caratteristiche meccaniche delle travi) e del metodo di valutazione del carico netto di progetto e del grado d incastro all estremità delle travi del grigliato. Disegno schematico della struttura del doppiofondo per la risoluzione del grigliato. Illustrazione del procedimento di valutazione del sistema algebrico ridotto per la risoluzione della struttura. Grafici delle caratteristiche di sollecitazione verticali sulle travi del grigliato. Descrizione del procedimento di verifica delle travi del grigliato. Illustrazione del metodo di calcolo per la correzione del diagramma del taglio in base all effetto di ridistribuzione (valori del taglio scaricato dal doppiofondo sulle murate e sulle paratie stagne). pag.10
Esercitazione n.9 Verifica diretta della robustezza dei sottosistemi strutturali VERIFICA DELLA ROBUSTEZZA TRASVERSALE DI UNA COSTOLA RINFORZATA DEL CORPO CILINDRICO Verifica della costola rinforzata entro il corpo cilindrico centrale. Risoluzione del telaio costituito dalla costola rinforzata, previa definizione dello schema strutturale di calcolo, dei carichi di progetto e dei vincoli. Valutazione delle caratteristiche di sollecitazione sulle travi del telaio. Verifica delle travi (costole e bagli) alle tensioni nominali secondarie. Illustrazione del procedimento di schematizzazione della costola rinforzata (geometria e caratteristiche meccaniche delle travi) e del metodo di valutazione del carico netto di progetto e del grado d incastro all estremità delle travi. Disegno schematico della struttura della costola rinforzata per la risoluzione del telaio. Illustrazione del procedimento di applicazione del metodo di Cross per la risoluzione dei telai a nodi fissi (calcoli preliminari e schema relativo al procedimento di risoluzione iterativa). Grafici delle caratteristiche di sollecitazione sulle travi del telaio. pag.11