Analisi strutturale di un'alberatura velica. Progettazione ed ottimizzazione di un caso studio

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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