Search

The main goal of this thesis is the simulation of the performance of composite naval structures subjected to cyclic loads. The predicted behavior expected is the fatigue life of the composite structure, as well as the fatigue failure mechanisms. This achievement is conducted by coupling the serial/parallel mixing theory and a fatigue damage model. Consequently, the work has the following stages. In first place, a study is conducted in order to identify the failure mechanisms of composites in fatigue and how the different factors affect it, in order to propose a fatigue constitutive model for fibre and matrix. The review uses a constituent materials point of view, thus fatigue performance of fibres and resins are analyzed, as well as their role in each failure mechanisms. In addition, different variables that may affect fatigue behavior are described. Secondly, a numerical procedure for characterizing fibres and matrix is proposed, in order to predict the failure mechanisms in composites subjected to static loads. The procedure defines which experimental tests should be conducted and what material parameters are obtained from them. As a consequence, the material parameters of the constituent materials are defined, obtaining the failure of the composite by the failure of the constituent materials, without pre-defining the expected failure. The next stage is coupling the serial/parallel mixing theory and the fatigue model. The fatigue model modifies the constitutive equation of the components, while the rule of mixtures acts as a constitutive law manager. The fatigue models of fibre and matrix are characterized, assuming that the fatigue behavior of unidirectional laminates is driven by one of the constituents, in function of the loading direction. This methodology is validated for two different composite systems: a carbon epoxy cross-ply laminate and glass/polyester balanced angle-ply laminates. Finally, this numerical methodology is applied to two naval structures: a small section of a container ship and a flexible composite blade of a marine propeller. The two analyses obtain the failure mechanisms of both structures, as well as the ply or plies failing, and the corresponding constituent material causing the failure. One of the fatigue analyses is used in order to propose a simplified method capable of predicting the fatigue initiation in the structure, by only applying a quasi-static analysis. This method is based on comparing the maximum equivalent stress in the components with their SN fatigue curve. La tesis que se presenta tiene como objetivo la simulación de estructuras navales de materiales compuestos sometidas a cargas cíclicas. La simulación pretende predecir la vida a fatiga de la estructura, así como la obtención de los mecanismos de fallo que se producen. El medio por el que se pretende obtener dicho hito, es mediante el acoplamiento de la teoría de mezclas serie/paralelo y un modelo de daño de fatiga. Para ello, el trabajo sigue las siguientes fases. Primero, se ha realizado un estudio del estado del arte sobre los distintos mecanismos de fallo producidos en los materiales compuestos y su interacción entre ellos. Además, también se estudia el comportamiento de distintos tipos de refuerzo y matriz como materiales a granel sometidos a cargas cíclicas, es decir, sin reforzar o aglutinar. Esta parte sirve para conocer los mecanismos que se deben predecir y bajo qué condiciones se producen, así como identificar los factores que deben afectar al modelo de fatiga. Por último, esta primera parte realiza un esbozo del estado de arte actual en los métodos de predicción de la fatiga en materiales compuestos. En segundo lugar, se propone un procedimiento numérico para caracterizar la matriz y las fibras, con el fin de simular los distintos mecanismos de fallo de dos sistemas de materiales compuestos bajo cargas estáticas. El procedimiento propone los ensayos experimentales a realizar y qué parámetros de cada material se obtienen de ellos. Con este método, se consigue caracterizar los parámetros de los modelos constitutivos usados, sin necesidad de pre-definir el fallo del compuesto. En tercer lugar, se realiza el acople de la teoría de mezclas serie/paralelo con el modelo de fatiga. El modelo de fatiga modifica la ecuación constitutiva de los componentes, mientras que la teoría de mezclas serie/paralelo actúa de gestor de ecuaciones constitutivas. Para ello, se caracterizan los modelos de fatiga de los materiales constitutivos, asumiendo que el comportamiento a fatiga de los laminados unidireccionales está dominado por el comportamiento de unos de los componentes, en función de la dirección de carga. Dicho método se demuestra válido para dos sistemas de materiales compuestos diferentes: un laminado tipo cross-ply de carbono/epoxi, y otro de laminados de ángulos balanceados de vidrio/poliéster. Finalmente, el método se aplica a dos estructuras navales: una pequeña sección de un buque porta-contenedores y una hélice flexible. En ambas simulaciones se obtienen los diferentes mecanismos de fallo por los que falla cada una de las estructuras, así como el material componente que falla y la lámina correspondiente. Por último, el conocimiento aprendido se aprovecha para proponer un método simplificado que permita predecir la vida a fatiga de una estructura de compuesto sometida a cargas cíclicas. De esta manera, con un análisis cuasi-estático de las cargas máximas a las que se someten los materiales constituyentes y comparándolas con sus propias curvas SN, se puede verificar si la estructura presentará inicio de fallo por fatiga. Enginyeria nàutica, marina i radioelectrònica naval

En los últimos años el uso de los materiales compuestos se ha extendido en multitud de campos de trabajo como la construcción civil, aeronáutica, naval, etc. en cuanto a la industria naval, estos materiales se han estado utilizando principalmente en la construcción de embarcaciones de recreo. no obstante, debido a las propiedades que proporcionan este tipo de materiales frente a los materiales comúnmente utilizados para estas tareas hasta el momento, son el motivo por el que se ha extendido la utilización de dichos materiales a otras especialidades de la industria naval como la construcción militar, industrias renovables y offshore. a causa de los nuevos campos de utilización de los materiales compuestos, se requieren nuevas soluciones estructurales y optimización del diseño. este trabajo consiste en la representación mediante métodos numéricos de un modelo tal que su comportamiento numérico sea el más cercano a la realidad posible. para generar un modelo óptimo se ha trabajado con elementos sólidos y elementos lámina, estudiando cual es el error cometido a fin de optimizar la relación de precisión de cálculo con el tiempo requerido de cálculo. la herramienta utilizada para la determinación de los modelos numéricos ha sido el software ramseries, a partir del cual se puede aplicar la teoría de mezclas serie/paralelo (rom-sprom), con esta herramienta se ha podido estudiar el comportamiento no lineal de los materiales compuestos.

En el presente Trabajo de Fin de Grado se ha llevado a cabo un estudio comparativo de los diferentes métodos de predicción de resistencia al avance que existen en la actualidad, permitiendo determinar las ventajas y precisión de cada uno de ellos, así como sus limitaciones. Se le ha dado un mayor peso a la simulación por CFD, método cada vez más empleado en la industria naval, principalmente por la precisión de sus resultados para obtener la resistencia de cualquier tipo de buque, además de su amplia aplicación en la hidrodinámica naval.

El objetivo del trabajo es realizar in diseño preliminary de un buque Heavy Lift carrier del tipo semisumergible. La peculiaridad de este tipo de embarcaciones es su capacidad de sumergir su cubierta de carga y colocarse debajo de la misma para embarcarla. Son buques conocidos por llevar plataformas offshore a lo largo de grandes distancias. Se seguirá el proceso conocido como "espiral de diseño", que es un proceso iterativo que permite ir pasando por las distintas fases de diseño de un buque como son el dimesnionamiento básico, diseño de las formas, dimesnionamiento del sistema propulsive, disposición general de los espacioos, estudio de estabilidad, dimesnionamiento de la cuaderna maestra y cálculo de arqueo y linias de carga.

S'ha realitzat un estudi del comportament de vaixells mercants amb veles rígides. Introduir aquesta tecnologia als vaixells mercants que coneixem avui dia contribueix a reduir el consum de combustible i també la petjada ecològica. S'ha realitzat un seguit d'estudis que afavoreixen l'enteniment d'aquesta tecnologia i demostren el potencial que té per ser implementada en un futur proper.

El objetivo del presente trabajo es proyectar una embarcación a motor de 37 pies, de categoría de diseño B, para 8 tripulantes y una velocidad de 15 nudos. El resultado final no pretende ser un proyecto ejecutable porque no se trata de realizar un estudio al detalle, sino un estudio de las etapas más importantes, de forma general, para poder entender el proceso de proyectar una embarcación. Las etapas que se estudian en este proyecto son las siguientes: dimensionamiento inicial, diseño de las formas del casco, estudio de la resistencia al avance, diseño de la disposición general, estudio de la estructura, cálculo aproximado de los pesos y finalmente un estudio sobre la estabilidad. El proyecto se rige por las Normativas ISO y Normativas de Fomento para embarcaciones de recreo. Para la realización del proyecto se usan programas dedicados a la ingeniería y al diseño: Rhinoceros para el modelado de superficies, Maxsurf Modeler para el diseño de las formas del casco, Maxsurf Stability para los cálculos de estabilidad, Maxsurf Resistance para los cálculos de resistencia al avance, SCT R17 para los cálculos del escantillondo y KeyShot para renderizar los diseños. Finalmente, se extraen unas conclusiones del proyecto en general y detalladamente de los resultados más relevantes de algunas etapas. También se proponen aspectos a corregir en futuras líneas de trabajo.

Este trabajo se divide en diez capítulos que, a su vez, podrían dividirse en dos partes diferenciadas. En los cinco primeros capítulos se centra la atención en introducir al lector en el ámbito de los materiales compuestos. De esta forma, proporciona los conocimientos necesarios para la comprensión de la segunda parte del trabajo. Estos primeros capítulos tratan de diversos temas, primero se presenta el tema del trabajo y la metodología seguida para conseguir lograr los objetivos esperados. Seguidamente, una pequeña revisión de la evolución de los materiales compuestos centrada en el sector naval denotará la proyección que tuvieron y que tendrán este tipo de materiales. A continuación, se exponen los modelos de comportamiento que existen para describir cómo reaccionan los materiales compuestos al aplicarles una determinada carga y así poder entender el posterior tratamiento que se hará de ellos. Esto enlaza con una exposición de las teorías y métodos numéricos que se emplearán para la simulación del comportamiento de estos materiales mediante programas informáticos de cálculo numérico por elementos finitos, también se presentan y caracterizan los diferentes materiales constitutivos que conforman el compuesto objeto de estudio. Para concluir esta primera parte, se exponen los principales tipos de ensayos que existen hoy en día para conocer de forma empírica el comportamiento de los materiales compuestos. La segunda parte del trabajo inicia en el capítulo seis. En ella se presentan los modelos y ensayos que han sido utilizados como referencia para la posterior simulación de estos mediante el software empleado, indicando como han sido tratados a través de la interfaz. Seguidamente se expone el procedimiento seguido durante la validación, esto enlaza con el capítulo donde se muestran los resultados obtenidos gracias al programa informático y se documenta cómo han sido validados, comentando aspectos de los propios resultados. Por último, se ha reservado el capítulo final para las conclusiones obtenidas después de todo el estudio previo del campo de trabajo y de la obtención de los resultados.

El objetivo de este proyecto es obtener un diseño de un catamarán de vela ligera que se pueda montar y desmontar con relativa sencillez y rapidez y, una vez desmontado, ocupe un volumen lo suficientemente reducido para facilitar el transporte (p.e. evitar la necesidad de utilizar un remolque al transportarlo por carretera) y almacenaje. Para ello se ha realizado un breve análisis de los principales componentes y dimensiones de una embarcación de estas características. Con la ayuda de la información obtenida en dicho análisis y mediante programas de diseño asistido por ordenador se ha procedido a realizar un diseño viable que solvente los problemas de seccionar el casco de la embarcación así como los problemas del resto de componentes. Finalmente se ha obtenido un diseño fiable que parece satisfacer los resultados esperados inicialmente. Sin embargo, no hay que olvidar que se trata de un diseño conceptual y para probar su validez habría que realizar diversos ensayos tanto estructurales como aero- hidrodinámicos.

En el presente Trabajo de Final de Grado, se realizará el estudio de unas de las formas de reducción de la resistencia al avance de última generación que se están implementando en algunos de los buques de la flota mundial, como lo es la lubricación del casco por aire. Durante el presente, se planteará el porqué resulta tan necesario destinar tiempo y dinero a la investigación y desarrollo de técnicas que tengan como objetivo reducir la dificultad que el agua opone a los buques para avanzar a una determinada velocidad. Además de lo anterior, se aportará la base teórica necesaria para comprender los mecanismos de funcionamiento de la técnica de la lubricación por aire. También se realizan ensayos y simulaciones de casos reales para poder comprobar y entender sus mecanismos de funcionamiento.

El objetivo de este proyecto es diseñar una embarcación para la isla de Azizakpe, localizada en la desembocadura del rio Volta, al Sud-Este de Ghana. El diseño debe contemplar que el coste de la construcción de la embarcación esté dentro de un presupuesto no muy elevado, teniendo en cuenta que será construida con materiales y herramientas locales. El proyecto que nace gracias a la ONG AKOMA intenta aportar una solución a la problemática situación actual de movilidad y conectividad que sufren los vecinos de los diferentes pueblos que están alrededor del Rio Volta. La gente de Azizakpe necesita barcos para poder comunicarse con los diferentes pueblos que les rodea, como por ejemplo, Ada Foah. Si bien es cierto que hay embarcaciones privadas que ofrecen el servicio de transportar a los pasajeros de un lado a otro, el precio que deben pagar por cada trayecto es desmesuradamente elevado. La principal función de la embarcación será transportar niños y profesores a la escuela de Ada Foah, situada en el otro lado del rio y viceversa. Una vez planteado el problema inicial, y para dar comienzo al proyecto, será necesario poner sobre la mesa un seguido de especificaciones que indicarán como tiene que ser la embarcación que se quiere diseñar para su posterior construcción. Una vez se sepa cómo va a ser el buque, se realizará el seguimiento de una espiral de diseño que servirá de guía para ir avanzando paso a paso en la evolución del proyecto.

El proyecto trata del diseño de un sistema de estabilización dinámica para un velero ya diseñado. Un estabilizador dinámico es o son, dependiendo del diseño, un apéndice usado en las embarcaciones a vela con el propósito de aportar estabilidad y reducir el par escorante generando un empuje en sotavento opuesto a la escora. Esto permite reducir lastre en el bulbo y llevar la máxima superficie vélica en la medida de lo posible. El foil se puede desplegar a ambos traveses de la embarcación y cuando no está en uso queda alojado en el interior del casco. Para llevar a cabo esta compleja operación de refit dentro del ámbito de la construcción naval se ha utilizado diferente software tanto CAD como CAE para la modelización y estudio del proyecto; dado que se han modificado planos y volúmenes interiores además de haber calculado gran cantidad de esfuerzos y tensiones estructurales.