Inestabilidad estructural de un cilindro considerando la influencia de reducción localizada de espesor

Abstract

Comúnmente las fallas que ocurren en un submarino son por inestabilidad estructural (global o local) debido a la geometría y la elevada carga hidrostática externa que soporta el casco. La carga sobre esta estructura es de tipo compresiva y para alcanzar un pandeo local es mucho menor a la carga para alcanzar un pandeo global del casco. Existe algunos estudios en la literatura respecto a la inestabilidad estructural de cascarones cilíndricos con espesor uniforme. Sin embargo, existen diferentes fenómenos que pueden causar una variedad de imperfecciones locales en el espesor del cascarón, lo que a su vez afecta significativamente a la carga que puede soportar el casco de presión de un submarino. El objetivo de este trabajo es conocer la carga última que puede soportar un cilindro considerando la influencia de reducción localizada de espesor.

Este trabajo se desarrolló en dos etapas. La primera etapa consistió en el análisis post-pandeo de un modelo simplificado (plancha plana) íntegro y considerando reducción de espesor localizado aplicando métodos experimentales y numéricos. En esta etapa, se construyeron 4 modelos con tres especímenes de cada uno. El modelo 0 corresponde a la plancha íntegra y los tres modelos restantes presentan reducción de espesor de 1 mm de profundidad y con forma circular de diámetro de 75,100 y 150 mm, respectivamente. Los paneles rectangulares simplemente soportados tenían 500mmx500mmx3mm de acero estándar. Los resultados experimentales sirvieron para validar por simulaciones numéricas no lineales desarrolladas con el programa Ansys. La segunda etapa consistió en el análisis postpandeo de un cilindro con espesor constante y considerando reducción localizada de espesor aplicando el método de elementos finitos. Para completar esta etapa se desarrollaron 4 modelos numéricos, uno con espesor integro y dos con reducción de espesor de 300 mm de diámetro y con profundidad de 7 y 10mm respectivamente. El último modelo corresponde a la expansión del cilindro con reducción de espesor