Strategie di alleggerimento di scafi in vetroresina mediante tecniche analitiche

Abstract

Sebbene la vetroresina sia il materiale più diffuso per la realizzazione di yacht di dimensioni fino a 40 metri, non risulta essere presente, ad oggi, un metodo sistematico volto all’ottimizzazione del peso delle imbarcazioni in vetroresina, sia per quanto riguarda il grigliato delle travi rinforzate, sia per lo spessore del fasciame. Per indagare se sia possibile ridurre il peso di queste strutture è stata sviluppata una serie di fogli di calcolo applicabili a ogni trancia, considerata come porzione di scafo tra due paratie, nella quale la gerarchia strutturale non è definita a priori ma in funzione dell’interazione che hanno tra loro le travi longitudinali e trasversali. Il primo foglio considera i dati dell’imbarcazione e consente di trovare la pressione agente su ogni pannello di fasciame, in modo da valutarne lo spessore da adottare. Per ogni pannello si considera la presenza da uno a cinque correnti longitudinali, in modo da studiare come i rinforzi secondari influiscano sullo spessore e sul peso del fasciame stesso. Il secondo foglio di calcolo tiene in considerazione i rinforzi primari incastrati sulle paratie e sui fianchi; inoltre, considera l’intersezione tra i rinforzi come un nodo in cui sono possibili gli spostamenti verticali e le rotazioni intorno agli assi longitudinali e trasversali. Il modo in cui vengono scambiate le forze nei nodi dipende dalla rigidezza delle travi nelle due direzioni, dove quest’ultima dipende, a sua volta, dal momento d’inerzia della trave. Si ottengono, così, i momenti flettenti che agiscono sugli elementi longitudinali e trasversali. Tra questi si sceglie quello che presenta il valore più alto sia in senso longitudinale che trasversale e si vanno a calcolare i valori dei moduli di resistenza richiesti. La soluzione si avrà, quindi, trovando le sezioni caratterizzate dai moduli di resistenza tali da soddisfare la richiesta e che, complessivamente, realizzino la struttura con il peso minore.

Although fiberglass is the most widely used material for the construction of yachts up to 40 meters in size, there does not appear to be, to date, a systematic method aimed at optimizing the weight of fiberglass boats, both in terms of the grating of reinforced beams and the thickness of the planking. To investigate whether it is possible to reduce the weight of these structures, a series of spreadsheets applicable to each slice, considered as a portion of the hull between two bulkheads, was developed, in which the structural hierarchy is not defined a priori but according to the interaction that the longitudinal and transverse beams have with each other. The first sheet considers the data of the boat and allows to find the pressure acting on each planking panel, so as to evaluate the thickness to be adopted. One to five longitudinal beams are considered for each panel, so as to study how secondary reinforcements affect the thickness and weight of the planking itself. The second spreadsheet takes into account the primary stiffeners embedded on the bulkheads and sides; it also considers the intersection between the stiffeners as a node where vertical displacements and rotations around the longitudinal and transverse axes are possible. The way forces are exchanged at the nodes depends on the stiffness of the beams in the two directions, where the latter depends, in turn, on the moment of inertia of the beam. Thus, the bending moments acting on the longitudinal and transverse elements are obtained. From these, one chooses the one with the highest value in both the longitudinal and transverse directions and goes on to calculate the values of the required resistance moduli. The solution will be had, then, by finding the sections characterized by the resistance moduli such as to meet the requirement and which, overall, realize the structure with the lowest weight.