ETD

Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-02092014-182422


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
ZUCCONI, FRANCESCO
URN
etd-02092014-182422
Titolo
Structural design of an A-Class catamaran made of composite materials.
Dipartimento
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Relatori
relatore Prof. Chiarelli, Mario Rosario
Parole chiave
  • finite element method
  • catamaran
  • hull
  • composite materials
  • NASTRAN
Data inizio appello
04/03/2014
Consultabilità
Completa
Riassunto
L’oggetto di questa tesi è l’analisi strutturale dello scafo di un catamarano classe-A da competizione. Il fatto che il regolamento internazionale imponga solo poche restrizioni nella progettazione di questa imbarcazione ne stimola lo studio nei diversi ambiti, tra cui quello strutturale e dei materiali.
La prima fase del lavoro è consistita nel definire ed analizzare i carichi a cui è sottoposto il catamarano durante le condizioni di regata di massima sollecitazione.
In particolare sono state calcolate e bilanciate le forze fluidodinamiche ed inerziali che inducono i momenti di rollio, imbardata e beccheggio.
La seconda fase è consistita invece nello sviluppo di un modello del catamarano per l’analisi agli elementi finiti dalla quale si sono trovati i valori ed i punti di massima sollecitazione sullo scafo. L’analisi è stata effettuata con il software Nastran utilizzando la soluzione riguardante le strutture non vincolate.
Infine, dopo aver posto un valore soglia di sicurezza dell’indice di frattura, la struttura dello scafo, laminata in fibra di carbonio e con un “core” in Nomex, è stata rinforzata.
Una volta trovati gli spessori delle lamine tali da rendere gli sforzi ammissibili, si è ricalcolato l’equilibrio della struttura e si è controllato che gli sforzi ad esso connessi rientrassero nei requisiti di sicurezza precedentemente imposti tramite il “failure index”.

The object of this thesis is the structural analysis of an A-Class racing catamaran hull. This type of boat is achieving great success since the A-Class regulations impose only few restrictions in its design.
The first step of the work has referred to the definition and analysis of the maximum loads the catamaran is subjected to, during the most common racing configurations. Particularly the fluid dynamic and inertial forces, which induce rolling, pitching and yawning momentums, have been investigated and balanced.
The second step has consisted in the development of a finite element model to carry on a structural analysis in order to obtain the stresses magnitude and point out the most critical parts of the hull. This has been done using the Nastran solution for the unconstrained structures.
Finally, after imposing a failure index safety threshold, the hull structure, made of carbon fiber layers and a Nomex honeycomb core, has been reinforced.
Once the optimal layers thickness has been found, it has been necessary to check that the structure’s new balance and the consequent stresses, caused by the hull weight enhancement, met the failure index requirements previously imposed.