Simulación Numérica de la Respuesta Estructural del Casco de una Lancha Planeadora de 13 metros por Slamming

Abstract

En el presente proyecto se analiza, empleando una simulación numérica, la variación de la respuesta estructural en tiempo de una lancha planeadora que soporta carga hidrodinámica debido a slamming en una sección del fondo hacia Proa. El modelo estructural se desarrolla con elementos finitos planos, de cuatro nodos, con un total de 26621 elementos y 31274 nodos, empleando el paquete computacional ANSYS y representándose únicamente un lado de la embarcación, para aprovechar la simetría de la estructura. La mayoría de los elementos planos tienen una razón de aspecto de 1.9, y en la zona de impacto, dimensión de 40 mm, satisfaciéndose de esta manera las recomendaciones de la sociedad clasificadora de buques ABS. Para estimar la carga hidrodinámica por slamming, se emplean las formulas dadas por ABS para embarcaciones planeadoras, y se obtiene que la aceleración del CG es de 3.16 g., produciendo una presión equivalente máxima de 20.69 KN/m2. Calculando el periodo de vibración vertical del casco, 0.046 seg/ciclo, se estima que el valor máximo de presión se presenta 0.011 segundos luego del contacto; además se asume que la presión aumenta en forma lineal, hasta el valor máximo, de acuerdo a lo mencionado por Heller y Jasper, y luego, dicho parámetro se reduce en forma similar a una exponencial. Las simulaciones numéricas se desarrollan con el módulo Explicit Dynamics de ANSYS que permiten determinar la variación en tiempo de la respuesta, notándose que la zona del fondo alcanza elevados valores de esfuerzo comprensivo, mayores que los tensionales que alcanza la cubierta. En general, se alcanzan valores que exceden los permisibles según ABS. El esfuerzo equivalente de von Mises es excedido en 1.3%, y el esfuerzo normal en dirección x es excedido en 27% en la zona del fondo. Los esfuerzos normales en dirección Y y los cortantes, son de menor importancia. A partir del desplazamiento de tres puntos ubicados en la zona de aplicación de la carga, se estiman numéricamente la velocidad y aceleración de la embarcación. La variación de la aceleración vertical muestra un comportamiento vibratorio local, pero permite observar un valor máximo en el orden del utilizado para estimar la presión equivalente siguiendo las recomendaciones de ABS. Se comparan los resultados de la presente simulación en tiempo de la respuesta al golpe hidrodinámico, con los desarrollados en una referencia aplicando una representación Cuasiestática del fenómeno. Dicho análisis es computacionalmente más sencillo, pero no permite detectar la vibración del casco, conocida como Whipping, que puede observarse con la integración en tiempo desarrollada en este proyecto.