En Decide On Naval nuestra mayor preocupación es la calidad de la información que ofrecemos al usuario, es por ello que cada especialidad dispone de un profesional de referencia para asegurarnos de que así sea.
Juan Herrero es nuestro embajador en la especialidad de estructuras navales y se encarga de la validación de toda la información relacionada con esta especialidad. Ofreciendo una visión general a nivel profesional que ayuda al usuario interesado en el subsector a entender de un solo vistazo el mundo de las estructuras navales.
ETAPAS DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
Roles de trabajo
Encargado del proceso de preparación de la estructura a analizar. Prepara el archivo CAD que le llega normalmente del departamento de diseño, para el futuro análisis estructural. Sus funciones principales son las marcadas como Output 1 en el esquema superior.
Recibe la estructura a analizar ya preparada (Output 1) y sus funciones son las de demostrar que la estructura va a soportar unas determinadas tensiones límite. La fase de cálculo global o parcial es un proceso iterativo (Análisis por elementos finitos) el cual define el proceso de diseño de detalle. Este proceso se hace a la mayoría de estructuras, si es necesario un análisis más específico, dicha estructura pasa al ingeniero de estructuras con experiencia en dicho tipo de cálculos.
En el proceso del cálculo estructural de una estructura compleja como puede ser una bancada de un motor, los soportes de exhaustación, uniones críticas o otro tipo de procesos. Es necesario un conocimiento muy específico del tipo de cálculo requerido. Entramos a análisis no lineales, térmicos, dinámicos y de fatiga. El experto encargado de realizar este tipo de cálculos tiene una formación muy concreta en dicha área.
Decide On para especialistas en Estructuras Navales
Información Teórica de Estructuras Navales
El proceso de diseño y el análisis de la estructura de un buque es un proceso complicado por la dificultad de establecer la magnitud de las fuerzas a las que está sometido y por la complejidad de su estructura. Lleva consigo el estudio de las fuerzas y solicitaciones que actúan sobre él; conocer el valor de los esfuerzos unitarios (tensiones) y deformaciones y compararlos con los valores admisibles para que puedan ser aceptados.
Todo ello siempre siguiendo lo establecido en las sociedades de clasificación y con la ayuda de potentes programas de cálculo como son los Elementos Finitos cuyo conocimiento abre las puertas a un enorme abanico de puestos de trabajo en el mundo de las estructuras dentro de la ingeniería naval.
- Cálculo por elementos finitos.
- Requerimientos estructurales y de diseño para los elementos estructurales de construcción naval.
- Subconjuntos estructurales.
- Aplicaciones informáticas para el desarrollo del forro del buque, planos de bloques bidimensionales y tridimensionales.
- Cargas estructurales del buque.
- Matriz de cargas.
- Criterios de resistencia y rigidez.
- Estudio de la resistencia local y escantillonado de los elementos estructurales.
- Resistencia longitudinal en aguas tranquilas y sobre ola.
- Cálculo del módulo de la sección maestra del buque.
- Torsión.
- Análisis matricial de estructuras.
- Cálculo y diseño de emparrillados planos y anillos.
- Resistencia transversal.
- Pandeo de planchas, refuerzos y paneles.
- Cálculo de estructura en materiales compuestos.
El análisis de elementos finitos (FEA) es el modelado de productos y sistemas en un entorno virtual, con el propósito de encontrar y resolver potenciales (o actuales) problemas estructurales o de rendimiento. FEA es la aplicación práctica del método de elementos finitos (FEM), que es utilizado por ingenieros y científicos parar matemáticamente modelar y resolver numéricamente problemas de complejas estructuras, fluidos y de multifísica. El software FEA puede ser utilizado en una amplia gama de industrias.
Uno de los modelos de elementos finitos (FE) cuenta con un sistema de puntos, llamados “nodos”, que constituyen la forma del diseño. Conectados a estos nodos están los mismos elementos finitos que forman la malla de elementos finitos y contienen el material y las propiedades estructurales del modelo, la definición de cómo va a reaccionar a ciertas condiciones. La densidad de la malla de los elementos finitos puede variar a través del material, en función del cambio esperado en los niveles de estrés de un área en particular. Partes que experimentan grandes cambios en stress por lo general requieren una densidad de malla superiores a los que la experiencia de variación supone poco o ningún esfuerzo. Los puntos de interés pueden incluir los puntos de fractura del material previamente probado, filetes, esquinas, detalles complejos, y áreas de alto estrés.
Los modelos FE pueden ser creados usando elementos en una dimensión (1D haz), dos dimensiones (2D shell) o tridimensionales (3D sólido). Mediante el uso de vigas y conchas en lugar de elementos sólidos, un modelo representativo se puede crear con menos nodos sin comprometer la precisión. Cada combinación de modelos requiere una diversa gama de propiedades que se definen como:
- Áreas de la sección
- Momentos de inercia
- Torsión constante
- Espesor de la chapa
- Resistencia a la flexión
- Corte transversal
Para simular los efectos de los entornos reales de trabajo en la FEA, los distintos tipos de carga se puede aplicar a la modelo de elementos finitos, incluyendo:
- Nodal: fuerzas, momentos, los desplazamientos, velocidades, aceleraciones, temperatura y flujo de calor
- Elemental: carga distribuida, presión, temperatura y flujo de calor
- Las cargas de aceleración del cuerpo (la gravedad)
Los tipos de análisis son:
- Estática lineal: análisis lineal con las cargas aplicadas y las limitaciones que son estáticas
- Estática y la dinámica no lineal: los efectos debidos al contacto (donde una parte del modelo entra en contacto con otra), las definiciones de material no lineal (plasticidad, elasticidad, etc) y el desplazamiento de gran tamaño (las cepas que superan la teoría de baja cilindrada que limitan un enfoque de análisis lineal)
- Modos Normal: frecuencias naturales de vibración
- Respuesta dinámica: las cargas o movimientos que varían con el tiempo y la frecuencia
- Pandeo: carga crítica en la que una estructura se vuelve inestable
- La transferencia de calor: el cambio de conducción, radiación
Los resultados típicos calculados por el programa incluyen:
- Nodal desplazamientos, velocidades y aceleraciones
- Las fuerzas elementales, deformaciones y tensiones
Beneficios de la FEA
FEA puede ser utilizado en el diseño de nuevos productos, o para refinar un producto ya existente, para asegurar que el diseño será capaz de realizar las especificaciones antes de la fabricación. Con FEA puede:
- Predecir y mejorar el rendimiento y fiabilidad del producto
- Reducir la creación de prototipos físicos y pruebas
- Evaluar los diferentes diseños y materiales
- Optimizar el diseño y reducir el uso de materiales