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

Resumo

Un dos obxectivos principais do deseño e construción dun barco é a optimización da carga útil, e para iso a redución do peso estrutural é un factor importante. O peso estrutural da superestrutura nos buques de pasaxeiros e militares representa entre o 25% e o 40% do peso estrutural total. O uso de material composto para a construción da superestrutura permitiu unha redución considerable do peso estrutural, sen embargo, a dificultade xérase debido ao comportamento diferente entre a conexión híbrida da cuberta de aceiro naval e a superestrutura de paneis compostos. Por este motivo, esta investigación presentará unha metodoloxía para estimar a escala da unión híbrida, a primeira frecuencia natural dos paneis compostos con reforzos e recomendacións para combinar fibra de vidro reforzada con estruturas de aceiro. A escala de laminados compostos con estruturas de aceiro baséase no modelo elástico macro-estrutural seguindo as fórmulas propostas pola American Bureau of Shipping-ABS. A continuación realízase un estudo crítico de estrutura micro-estrutural, tal e como propón o Lloyd's Register-LR [76], com algunhas modificacións propostas nesta investigación. Para coñecer os beneficios construtivos outorgados por unha superestrutura construída con fibra de vidro reforzada, realizáronse tres análises comparativas que inclúen: Análise do peso estrutural; Análise global de tensións equivalentes e Análise da resposta de vibración obrigada por excitación da hélice. Para facer a análise custo-beneficio de materiais compostos aplicados na superestrutura, estudáronse catro opcións de materiais empregando fibra de vidro reforzada e aceiro. Para a análise comparativa tomáronse como referencia un iate de pasaxeiros de 36,80 m construído en 2005, con casco de aceiro naval e superestrutura con paneis de fibra de vidro e estrutura de aceiro tubular. Da análise realizada, conclúese que a superestrutura construída con material completamente de fibra de vidro tería un maior beneficio na redución do peso. Por último, preséntase un estudo das posibles xuntas híbridas que se poden usar entre o tellado de aceiro e a superestrutura de fibra de vidro. Para seleccionar a mellor proposta de unión híbrida, fíxose unha análise mediante elementos finitos para estimar as forzas ás que estará sometida a unión híbrida, para logo facer unha análise de capa crítica no laminado e aplicar finalmente os criterios de aceptación entre os esforzos interlaminares tanto de corte como de tensión.