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Discussione: Spinta Onde

  1. #1
    Utente Standard L'avatar di AngeloB
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    Predefinito Spinta Onde

    Ciao a Tutti.

    Mi rendo conto che non è il momento giusto per porre domande "difficili", ma visto che hò un pò di tempo libero propongo questa discussione.

    Devo progettare, per uno yacht, un portellone (in pianta 3x6 mt, spessore 400 mm, peso circa 3000kg) che quando è completamente aperto diventa una spiagetta.
    Sicuramente non verra mai aperto con il mare mosso, e con la barca a pineno carico rimane immerso per circa 200 mm.
    Dimensiono l'asse anche per reggere la spinta di galleggiamento a portellone completamente immerso, ma non sono capace di valutare le forze che una eventuale ondata potrebbe trasmettere.
    Come si fà? C'è qualche procedimento o normativa che permette di quantificare la forza delle onde?

    ex. Come si valuta l'effetto del vento su una struttura conoscendo la superficie esposta e la velocità del vento stesso.

    Saluti e buone ferie
    Angelo

  2. #2
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    Dietro lauto compenso potrei venderti il progetto che feci ai tempi dell'università in collaborazione con un cantiere navale di Viareggio :D . Scherzo eh!
    Il discorso onde rientra principalmente nel dimensionamento a fatica di alcuni particolari. Direi che ti conviene prendere in esame i vari tipi di onde (onde lunghe, corte ecc.) che si riscontrano per mare; farti uno spettro di carico verosimile (eviterei di utilizzare onde da uragano se lo yacht deve viaggiare solamente in mari lontani dalla fascia tropicale) ed eseguire i calcoli con le metodologie usuali, almeno come calcoli preliminari, se poi tu volessi raffinare i risultati allora dovresti utilizzare dei programmi FEM.
    A suo tempo il mio collega di studi ed io facemmo così e sia il professore che quelli dell'ufficio tecnico del cantiere trovarono il lavoro molto ben fatto.
    Se avessi bisogno di qualche chiarimento in più, contattami liberamente.

  3. #3
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    Non si tratta di dimensionare il pezzo. Quello è un discorso successivo.
    Si tratta di capire che tipo di sollecitazione (ordine di grandezza) un'onda può trasmettere ad un corpo immerso.
    Tanto per discutere: visto che l'onda è in mezzo al mare, non dovrebbe esserci trasporto di massa d'acqua, ma solo di energia?. Come valuto questa energia?
    Il portellone è vicolato alla barca, che accompagna l'onda nel suo movimento. Se considero il portellone fermo rispetto all'onda vado a favore della sicurezza?

  4. #4
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    Le onde fondamentalmente introducono dei carichi dovuti all'inerzia del portellone. Quando si parla di onde non puoi pensare di utilizzare carichi statici, ma sono carichi variabili nel temo secondo la legge dell'onda in questione. Le equazioni da utilizzare saranno quindi quelle della dinamica.
    Puoi scegliere come sempre di vedere il problema anche dal punto di vista energetico e quindi avrai componenti di energia cinetica e potenziale.
    In prima battuta però puoi pensare di considerare il carico massimo agente, dovuto all'onda come quello che deriva dall'essere sulla cresta dell'onda e dall'iniziare a scendere, perché quel carico si va a sommare alla forza peso del portellone stesso.

  5. #5
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    Citazione Originariamente Scritto da AngeloB Visualizza Messaggio
    Si tratta di capire che tipo di sollecitazione (ordine di grandezza) un'onda può trasmettere ad un corpo immerso.
    Secondo me, la condizione peggiore è quella dell'impatto della spiaggetta con la superficie dell'acqua a causa del moto ondoso.

    Molto genericamete si potrebbe calcolare un impulso di circa 0.05 Newton su cm², ma per essere precisi sarebbe utile un'analisi della possibile velocità di impatto tra la superficie dell'acqua e la superficie della spiaggetta.

  6. #6
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    Dici di applicare una pressione di 0.05 N/cm2 sulla superficie esposta?
    300x600=180000 cm2=>F=180000x0.05=9000 N. Mi sembra poco?. I 900 kg li applichiamo nel centro di spinta idrostatica?
    Senza voler offendere nessuno, hò l'impressione i metodi di calcolo che mi consigliate siano poco "pratici", possibile che non ci sia una "accetta" per circoscrivere il problema?

    Ciao
    Angelo

  7. #7
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    Citazione Originariamente Scritto da AngeloB Visualizza Messaggio
    Dici di applicare una pressione di 0.05 N/cm2 sulla superficie esposta?
    300x600=180000 cm2=>F=180000x0.05=9000 N. Mi sembra poco?.
    Si, in effetti sono un po' pochini, ma dipende dalla velocità con cui il portellone impatta la superficie dell'acqua, anzi queso valore varia con il quadrato della velocità, il ché rende tutto molto aleatorio.

    Poiché abbiamo un numero di Reynolds sicuramente superiore a 1, io applicherei questa equazione di resistenza al moto nei fluidi:

    Fr = ½ ρ S V² Cx

    Dove:

    Fr = Forza di resistenza al fluido.
    ρ = Densità del fluido
    S = Superficie (proiezione frontale al moto)
    V = Velocità
    Cx = Coefficente idrodinamico.

    Il problema è: Quale sarà il coefficiente idroinamico del tuo portellone? A questo punto la migliore soluzione potrebbe essere la simulazione.

    Citazione Originariamente Scritto da AngeloB Visualizza Messaggio
    I 900 kg li applichiamo nel centro di spinta idrostatica?
    Trattandosi di un'impulso che si applica ad una superficie, direi che la forza va applicata al baricentro geometrico della superficie d'impatto, che ( per cme immagino il portellone) non sarà molto distante dal centro idrostatico.

    Citazione Originariamente Scritto da AngeloB Visualizza Messaggio
    Senza voler offendere nessuno, hò l'impressione i metodi di calcolo che mi consigliate siano poco "pratici", possibile che non ci sia una "accetta" per circoscrivere il problema??
    Non ti preoccupare, non offendi nessuno, quando si ha a che fare con dei fluidi si ha sempre a che fare con dei fenomeni complessi, e non sempre si possono applicare le equazioni di Stokes. Questo è il motivo per cui ancora oggi si fa largo uso delle vasche di simulazione.

    Comunque credo che l'impatto di una superficie solida con la superficie dell'acqua sia un problema molto ricorrente, e sicuramente qualcuno che ha già affrontato il tuo problema dovrebbe avere qualche criterio pratico pronto da applicare, se solo il forum sosse un po' più frequentato.


    Ciao

  8. #8
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    Credo che nelle varie normative (ABS, RINA ....) dovrebbe essere trattato il carico dovuto all'onda. Prova a dare un'occhiata se non lo hai gia' fatto.
    Per quanto riguarda la struttura investita dal vento dipende molto dalla forma, in ogni caso se assimili in prima approssimazione (e di solito è conservativo) che la superficie sia quella di una lastra piana a 90° di incidenza.

    applichi : ½ ρ S V² C

    con ρ=1.225 kg/mcubo (densità dell'aria in condizioni standard)
    S = superficie esposta
    V = velocita' del vento
    C = 1.17 circa (coefficiente di resistenza lastra piana 3d a 90°)

    S.

  9. #9
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    Citazione Originariamente Scritto da blueste Visualizza Messaggio
    Per quanto riguarda la struttura investita dal vento dipende molto dalla forma, in ogni caso se assimili in prima approssimazione (e di solito è conservativo) che la superficie sia quella di una lastra piana a 90° di incidenza.

    applichi : ½ ρ S V² C

    con ρ=1.225 kg/mcubo (densità dell'aria in condizioni standard)
    S = superficie esposta
    V = velocita' del vento
    C = 1.17 circa (coefficiente di resistenza lastra piana 3d a 90°)
    Bene, ho verificato anche io, il coefficiente di penetrazione per una superficie piana è circa 1.1 ~ 1.2 (vale anche in acqua).

    Allora con approssimazione si può trovare che:

    9·10³ N con velocità di 1 m/s
    36·10³ N con velocità di 2 m/s
    81·10³ N con velocità di 3 m/s

    Oltre a queste velocità ci vorrebbe proprio una burrasca.

  10. #10
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    Citazione Originariamente Scritto da PaoloColombani Visualizza Messaggio
    Oltre a queste velocità ci vorrebbe proprio una burrasca.
    Be dai non esageriamo.
    Si regata, per esempio, tranquillamente con venti a 20 nodi ( circa 10 m/s)....
    S.


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