Análisis de la estructura primaria de una lancha planeadora de 13 metros sometida a Golpe Hidrodinámico

Abstract

En este trabajo, se analiza la respuesta de la estructura primaria de una lancha planeadora de 13 metros a los golpes hidrodinámicos en la zona de Proa y en Sección Media. Para ello, se desarrolla un modelo numérico empleando el método de elementos finitos con el software ANSYS MECHANICAL WORKBENCH. La lancha analizada fue construida por Astinave EP, tiene 13 metros de eslora alcanzando una velocidad de 25 nudos y su material de construcción es aluminio 5086-H116. El trabajo empieza con la modelización geométrica de la estructura de la embarcación en 3 dimensiones en el programa RHINOCEROS, incluyendo refuerzos primarios, secundarios, y detalles estructurales tales como escuadras, pases de interconexión y aligeramientos, los cuales fueron bosquejados como superficies de 3 y 4 aristas. Este modelo geométrico consta de 1373 superficies. Para el presente análisis se considera que actúan dos tipos de cargas: las hidrodinámicas y las inerciales. Para determinar las cargas hidrodinámicas que se aplican a la estructura en cada golpe, se estiman las presiones de impacto empleando las formulaciones desarrolladas por la sociedad clasificadora ABS para embarcaciones de alta velocidad, menores a 61 metros de eslora. La distribución de esta presión actuando en el fondo de toda la embarcación es alterada simulando el golpe hidrodinámico en dos zonas: Proa y Sección Media. Para ello se asume que la carga, tiene distribución sinusoidal, y que actúa desde la Roda a la cuaderna 5, y de la cuaderna 6 al Mamparo 2, respectivamente. Las magnitudes de las cargas hidrodinámicas aplicadas en cada caso, corresponden a un tercio y a la mitad del desplazamiento. Debido a que la resultante de estas cargas actúa en una línea de acción que no coincide longitudinalmente con el CG del buque, se presenta una aceleración rotacional del cuerpo rígido. Para equilibrar dinámicamente el sistema, se aplica una aceleración vertical de 1.05 [g’s] y 1.59 [g’s], y, rotacional de 8.68 y 3.82 [rad/seg2], en cada golpe descrito. Las cargas inerciales, inducidas en el cuerpo por el efecto de las primeras, fueron determinadas como el producto de la masa por la aceleración vertical resultante en cada elemento. Para el desarrollo del modelo estructural, se siguen las recomendaciones de la sociedad clasificadora ABS, una de las cuales especifica que la razón de aspecto de los elementos empleados no exceda II la relación 3:1 para el modelo Global. El modelo Global de la estructura de la lancha está formado por 571921 elementos (elementos planos y barras). Los elementos planos, representan el planchaje del casco y los refuerzos primarios, secundarios, y escuadras; mientras que los elementos barras representan los puntales de la embarcación. Dado que ABS, establece valores para el Esfuerzo de Fluencia y de Corte del material en condición soldada, se comparan los valores obtenidos en ambos golpes con los de la referencia. Se obtiene que en Golpe de Proa no se sobrepasan los valores permisibles de la sociedad clasificadora (55 % en Fluencia y 50% en Corte). Sin embargo en el Golpe de Sección Media se obtienen valores que sobrepasan los permisibles (173 % en Fluencia y 170% en Corte). Los puntos de potencial falla son las conexiones del fondo, entre las cuadernas 09 y 10, y los refuerzos longitudinales.