Luca Roccati
Analisi strutturale di un'alberatura velica. Progettazione ed ottimizzazione di un caso studio.
Rel. Vittorio Nascè, R.A. Shenoi. Politecnico di Torino, Corso di laurea in Architettura, 2005
Relatori
Tipo di pubblicazione
Parole chiave
Soggetti
Corso di laurea
Aziende collaboratrici
Capitoli
INDICE
INTRODUZIONE
Capitolo I - IL RIG DESIGN
I. I INTRODUZIONE
1.2 METODOLOGIE DI CALCOLO TRADIZIONALI
l .2.I Metodo Skene
1.2.2 La formula della secante
] .2.3 Dimensionamento delle sezioni
1.3 METODI PROGETTUALI ALTERNATIVI
1.3.1 Distribuzione delle pressioni sulle superfici veliche
1.3.2 Determinazione dei carichi aerodinamici attraverso analisi Fluidodinamica
1.4 OTTIMIZZAZIONE DEGLI ALBERI IN FUNZIONE DELLA MASSA
Capitolo 2 - INNOVAZIONE DEI RIG
2.1 PROSPETTIVE FUTURE E ALTERNATIVE
2.2 LA CONFIGURAZIONE "MILLENIUM RIG"
2.3 SUPERYACHT A VELA
2.4 SCHEMA PERORI
Capitolo 3 -- ALBERATURE IN CARBONIO
3.1 I VANTAGGI
3.2 CONFRONTO FRA ALBERI IN ALLUMINIO E IN MATERIALI COMPOSITI
3.3 IL MERCATO
3.3.1 L' "Easy Sailing"
3.3.2 Il'One Design"
Capitolo 4 - ANALISI STRUTTURALE
4. I GEOMETRIE e MATERIALI
4.1.1 La forma e il momento d'inerzia
4.1.2 L'inerzia delle masse
4.2 II SARTIAME
4.2.1 Angolatura delle sartie
4.2.2 Le crocette
4.2.3 Più ordini di crocette
4.2.4 Armamento frazionato
4.2.5 Armo acquartierato
4.2.G La losanga
4.2.7 II diamante o jumper
4.3 IL CONTROLLO LONGITUDINALE
4.3.1 Il piede d'albero
4.3.2 La mastra
4.3.3 Il boma
4.3.4 II tangone
4.3.5 Le crocette
4.3.G Volanti alte e basse 4.3.7 II paterazzo
4.4 II CONTROLLO LATERALE
4.4.1 Armamento flessibile
4.5 LA PRE-FLESSIONE DELL'ALBERO
4.5.1 Metodo dell'asta metrica per il tensionamento del sartiame laterale
4.5.2 Aumento di rigidezza dell'alberatura per effetto del pre-carico del sartiame
4.5.3 Gli effetti dinamici
4.5.4 Linee guida per il controllo della flessione longitudinale dell'albero
4.G MESSA A PUNTO DELL'ARMAMENTO
4.G. I Regolazione della curvatura
4.G.2 Messa a punto in banchina
4.6.3 La posizione del piede d'albero per il rake
4.G.4 Messa a punto in navigazione
4.7 LA SICUREZZA
4.6 DEFORMAZIONI GLOBALI DEL SISTEMA BARCA - ALBERATURA
4.9 ANALISI DELLE FORZE AERODINAMICHE AGENTI SULLE VELE
4.9.1 I tre assi principali di una vela
4.9.2 Le variabili dipendenti
4.9.3 Arco, corda e freccia
4.10 IL FENOMENO di INSTABILITA' a COMPRESSIONE
4.10.1 L'instabilità o bucking globale
4.10.2 Instabilità o bucklig locate
4.10.3 Influenza della rigidezza dell'albero sulle sollecitazione del sistema strutturale
4.1 I LE STRUTTURE DI FUNI
4.1 1.1 L'elemento fune
4.1 1.2 Sensitività delle strutture di funi alle azioni
4. 1.1.3 La deformabilità e la non linearità geometrica
4.1 2 CONSIDERAZIONI STRUTTURALI SU UN ALBERO CILINDRICO IN COMPOSITO
4.12.1 Definizione del problema
4.1 2.2 II fenomeno di instabilità a compressione di Eulero
4.1 2.3 II buckling locale
Capitolo 5 - SOFTWARES PER IL RIG DESIGN
5.1 MODELLAZIONE DELLO SCAFO: Mixsurf
5.1.1 Caratteristiche generali
5.1.2 L'analogia delle splines
5.2 CALCOLO DELL'IDROSTABILITA*: Line Processing Program (L.P.P.)
5.3 ANALISI DELLE PRESTAZIONI: Velocity Prediction Program (V.P.P.)
5.3.1 Caratteristiche generali
5.3.2 Equazioni di equilibrio e procedure iterative
5.3.3 Modulo di Aerodinamica
5.3.4 Modulo di Idrodinamica
5.3.5 Parametri di input
5.3.6 Simulazione di regate di flotta e comitato di regata
5.3.7 Modello delle forze idrodinamiche
5.3.8 Modello delle forze aerodinamiche
5.3.9 Risultati
5.4 MODELLAZIONE DI SUPERFICI TRIDIMENSIONALI: Rhinocheros
5.4.1 Caratteristiche generali
5.4.2 Le Nurbs
Capitolo 6 - LINEE GUIDA ALLA PROGETTAZIONE DEI RIG
G. 1. 1 METODI DI PROGETTAZIONE GENERALI
6. 1.2 METODO TRATTO DAL NORDIC BOAT STANDARD (N.B.S.)
6.1.3 Definizioni e scopi
6.1 4 Tensioni nel sartiame
6.1.5 Forze nel piano longitudinale
G. I .& Rigidezza trasversale dell'albero
6. 1.7 Rigidezza longitudinale dell'albero
6. 1.8 Considerazioni sulla testa d'albero in un armo frazionato
6. 1.9 Boma
6. 1. 10 Crocette
6. 1.11 Fori nell'albero
6.2 METODO TRATTO DAL GERMANISCHER LLOYD (G.L)
6.3 SCOPO
6.4 PRINCIPI PROGETTUALI e COSTRUTTIVI
6.5 DIMENSIONAMENTO dei CARICHI
6.5. 1 Pre-tensionamento del rig
G.5.2 Forze trasversali delle vele
6.5.3 Distribuzione delle forze trasversali della randa
6.5.4 Distribuzione delle forze trasversali del genoa
C.5.5 Distribuzione delle forze trasversali dello spinnaker
6.5.6 Peso proprio
6.6 DETERMINAZIONE dei CARICHI di ESERCIZIO del RIGGING
G.G. I Manovre correnti
e.6.2 Tangone
6.6.3 Standing Rigging
G.7 ANALISI GLOBALE
6.7.1 Standing rigging
6.7.2 Analisi di stabilità
6.7.3 Stabilità e rigidezza globali
6.7.4 Stabilità e rigidezza locali
6.7.5 Rigidezza a taglio degli alberi in CRP
6.8 DIMENSIONAMENTO DELLE CROCETTE
6.9 DIMENSIONAMENTO DEL BOMA
6.9.1 II piede d'albero
6.9.2 Pannello d'albero fra il piede d'albero e l'attacco del tangone
6.10 ANALISI LOCALE
6.10.1 Analisi locale di elementi realizzati con laminazioni multi-assiali di carbonio
C. I I MATERIALI
6. 11. 1 Compositi plastici rinforzati (CRP) in generale
6. 11.2 Valori di progetto
6. 12 REQUISITI per le SARTIAME LATERALE
6. 13 REQUISITI per il SARTIAME LONGITUDINALE
6.13.1 Dimensionamento dello strallo
6. 13.2 Requisiti di rigidezza
6. 14 NOTE RIGUARDANTI LA COSTRUZIONE DEL RIG
6. 15 CALCOLO delle LANDE
6. 16 MESSA a PUNTO del MODELLO ad ELEMENTI FINITI e PRE-REQUI5m
6.16.1 Condizioni di carico e determinazione dei carichi
Capitolo 7 - PROGETTAZIONE DEI RIG PER IL 44"
7.1 DESCRIZIONE del CASO STUDIO
7.2 DETERMINAZIONE dei CARICHI
7.2.1 L'equilibrio dei momenti
7.3 CALCOLO delle FORZE VELICHE tramite il V.P.P.
7.3.1 Dati di input del vpp
7.3.2 Caratteristiche di base
7.3.3 Funzioni di sbandamento
7.3.4 Appendici
7.3.5 Alberatura e piano velico
7.3.G Windage
7.3.7 Configurazione delle condizioni di calcolo
7.4 DATI di OUTPUT del VPF
7.4.1 Condizioni di navigazione
7.4.2 Forze idrodinamiche
7.4.3 Forze aerodinamiche
7.4.4 Equilibrio dei momenti trasversali
7.4.5 Equilibrio delle forze longitudinali
7.5 CALCOLO delle FORZE VELICHE in AERODINAMICA
7.5.1 Effetto di accoppiamento fra genoa e randa
7.5.2 Definizione dei coefficienti di portanza e resistenza aerodinamica
7.G I CARICHI AERODINAMICI
7.G.I Definizione dei Parametri del Vento 7.6.2 Determinazione dei Carichi Aerodinamici 7.G.3 Calcolo della Distribuzione della Pressione
7.7 DESIGN DELL'ALBERO
7.6 PROCEDIMENTO PROGETTUALE
7.S. I 5celta dei materiali
7.9 CONFIGURAZIONE DELL'ALBERATURA
7.9.1 Armo in testa d'albero oppure frazionato
7.9.2 Posizione del piede d'albero
7.10 ORDINI DI CROCETTE
7.11 PROGETTAZIONE DELLE CROCETTE
7.12 SARTIAME E STRALLATURA
Capitolo 8 - EFFICIENZA STRUTTURALE DEI VARI PROGETTI
8.1 INTRODUZIONE
Capitolo 9 - OTTIMIZZAZIONE TECNOLOGICA PEL PROGETTO
9.1 EFFETTI DELL'OTTIMIZZAZIONE DELL'ALBERATURA SULLE PRESTAZIONI
9.1.1 Componenti del peso
Capitolo 10 - CRITERI PER UN'ANALISI AD ELEMENTI FINITI (F.E.A.)
10. 1 LE RAGIONI PER L'ANALISI AD ELEMENTI FINITI
10.2 SIMULAZIONE NUMERICA
10.3 CREAZIONE DEL MODELLO MATEMATICO
10.4 ANALISI STATICA
10.5 IL METODO ITERATIVO DI NEWON-RAPHSON
Capitolo I I - CONCLUSIONI
BIBLIOGRAFIA ELENCO SITI INTERNET
ELEMENTI PROPEDEUTICI ALLA PROGETTAZIONE DEI RIG
PREMESSA
Capitolo I 2 - NOZIONI DI IDROSTATICA
12.1 IL CENTRO DI GRAVITA'
12.2 IL CENTRO DI GALLEGGIAMENTO
I 2.3 STABILITA' LONGITUDINALE E TRASVERSALE
I 2.3.1 II momento raddrizzante per piccoli angoli di sbandamento I 2.3.2 Per ampi angoli di sbandamento l 2.3.3 Curva di stabilità statica
Capitolo 13 - NOZIONI DI AERODINAMICA
13.1 I FLUIDI
13.2 LA CONTINUITA'
13.3 LE RESISTENZE
13.3.1 Resistenza viscosa
13.3.2 Resistenza di forma
13.3.3 Resistenza indotta
13.3.4 Resistenze parassite o windage
13.4 NATURA DEL FLUSSO
13.4.1 Lo strato limite
13.4.2 La separazione
13.4.3 L' "effetto Venturi"
13.4.4 La pressione dinamica
13.4.5 II teorema di Bernoulli
13.5 APPLICAZIONE DELLE PRESSIONI SU UNA LAMINA
13.5.1 Urti e attriti
13.5.2 La forza velica
13.5.3 il profilo
13.5.4 La separazione su di un profilo velico
13.5.5 La Polare Velica
13.5.6 Flusso attorno alle vele
13.5.7 Proporzioni dimensionali
I3.G INTERFERENZA DELL'ALBERO
13.6.1 Soluzioni per ridurre la turbolenza dell'albero
13.6.2 II windaqe
13.6.3 Un modello per l'aerodinamica dell'albero e del rig
13.7 TIPOLOGIE di VELE
13.7.1 La vela triangolare
13.7.2 La vela ellittica
13.8 IL SISTEMA BIPLANO
13.8.1 La sovrapposizione
13.8.2 Influenza del profilo fiocco sulla randa
} 3.8.3 Influenza del profilo randa sul profilo hocco
Capitolo 14 - TECNOLOGIA DEI MATERIALI COMPOSITI
14.1 LE RESINE
14.2 LE FIBRE
14.2.1 Le fibre di carbonio
14.2.2 L'orientamento delle fibre
14.3 IL MIXTURE DESIGN
14.4 LE TECNICHE DI PRODUZIONE
14.4.1 li trattamento in autoclave
14.4.2 II filament winding
14.5 LA MECCANICA DEI MATERIALI COMPOSITI
14.5.1 L'equazione costitutiva della lamina
14.6 LE IPOTESI DI ROTTURA
14.6.1 Teoria della massima tensione
14.6.2 Teoria della massima deformazione
14.6.3 La teoria di Tsai-Hill 14.6.4 Le costanti elastiche 14.6.5 I carichi di rottura
14.7 LA MACROMECCANICA DEL LAMINATO
14.7.1 La Classica Teoria della Laminazione
14.8 LA VERIFICA DEL LAMINATO
14.9 IL CEDIMENTO STRUTTURALE DEI COMPOSITI
14.9.1 La delaminazione
14.9.2 II danno
Capitolo I 5 - TECNOLOGIA DELLE VELE
15.1.1 Due direzioni di resistenza
15.1.2 Torsione e deformazioni
15.1.3 I tessuti impregnati
15.1.4 I tessuti rivestiti
15.1.5 Gli stratificati ed i compositi
1 5.1 .6 Tecnologia 3DL
Cartolo 16 - RIGGING DESIGN
16.1 INTRODUZIONE
16.2 IL SARTIAME o STANDING RIGGING
I 6.3 IL SARTIAME
16.3.1 Confronto fra cavi e tondini
16.3.2 Le deformazioni
16.3.3 Terminali per tondino
16.3.4 Terminali per cavo spiroidale
16.3.5 Metodi di connessione del sartiame
16.3.6 TIPOLOGIE DI MANOVRE CORRENTI 16.3.7 II Poliestere
16.3.6 II Kevlar
16.3.9 Lo Spectra
16.3.10 II Vectran
16.3.1 II PBO
16.3.1 2 Cime ad anima mista
16.3.13 Cime a doppia calza, Gleistein Cup
16.3.14 Gli allungamenti ed il Creep
16.3.15 PIANI DI COPERTA
16.3. 16 Da crociera
I G.3.17 Da regata
16.3.18 DIMENSIONAMENTO dei BOZZELLI e FATTORI di CARICO
16.3.19 SISTEMI DI DEMOLTIPLICAZIONE E REGOLAZIONE DI MANOVRE
16.3.20 II paterazzo
16.3.21 Scotte del genoa
16.3.22 Carrelli del genoa
16.3.23 La scotta della randa
16.3.24 La formula di Marshall
16.3.25 I WINCH
16.3.26 Winch Plain Top
16.3.27 Winch Self-Tailing
16.3.28 Winch Top Cleat
Capitolo I 7 - GLOSSARIO
17.1 COMPOSIZIONE DEL RIGGING LONGITUDINALE
17.2 COMPOSIZIONE DEL RIGGING LATERALE
17.3 COMPOSIZIONE DELLE MANOVRE CORRENTI
17.3. Manovre correnti dello spinnaker
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