Metodología para combinar fibra de vidrio reforzada con estructuras de acero aplicado a superestructura de buques

Resumen

Uno de los principales objetivos del diseño y construcción de un barco es la optimización de la carga útil, y para ello la reducción del peso estructural es un factor importante. El peso estructural de la superestructura en los barcos de pasajeros y militares representa entre el 25% y 40% del peso estructural total. El uso de material compuesto en la construcción de la superestructura, ha permitido una reducción considerable del peso estructural, sin embargo, la dificultad se genera debido al comportamiento disímil entre la unión hibrida entre la cubierta de acero naval y la superestructura de paneles compuestos. Por esta razón, en esta investigación se presentará una metodología para estimar el escantillonado de la unión hibrida propuesta, la primera frecuencia natural de los paneles compuestos con refuerzos y recomendaciones para combinar fibra de vidrio reforzada con estructuras de acero. El escantillonado de laminados compuestos con estructuras de acero se basa en el modelo elástico macro-estructural, siguiendo las fórmulas propuestas por la Clasificadora American Bureau of Shipping-ABS, para luego realizar un estudio micro-estructural de capa critica, como lo propone la Clasificadora Lloyd’s Register-LR, con algunas modificaciones propuestas en esta investigación. Para conocer los beneficios constructivos que otorga una superestructura construida con fibra de vidrio reforzada se han realizado tres análisis comparativos que incluyen: Análisis del peso estructural; Análisis global de esfuerzos equivalentes y Análisis de respuesta de la vibración forzada por excitación de la hélice. Para hacer el análisis costo beneficio de los materiales compuestos aplicados en la superestructura, se han estudiado cuatro opciones de materiales usando fibra de vidrio reforzada y acero. Para el análisis comparativo se ha tomado como referencia las formas de un yate de pasajeros de 36.80 m construido en el 2005, con casco de acero naval y superestructura con paneles de fibra de vidrio y estructura tubular de acero. De estos análisis se concluye que la superestructura construida con material completamente de fibra de vidrio tendría mayor beneficio en la reducción de peso. Para finalizar, se presenta un estudio de las posibles uniones hibridas que se pueden usar entre cubierta de acero y superestructura de fibra de vidrio. Para seleccionar la mejor propuesta de unión hibrida se ha realizado un análisis usando Elementos Finitos para estimar las fuerzas a las que estará sometida la unión hibrida, luego hacer un análisis de capa critica en el laminado y finalmente aplicar los criterios de aceptación entre los esfuerzos interlaminares tanto de corte como normal.