Obiettivi Formativi

Il Corso si propone di presentare le principali problematiche strutturali della nave e di fornire le competenze di base per la progettazione di strutture navali e dell’impianto di governo. Particolare attenzione verrà dedicata, durante il corso, all’analisi degli stati limite delle strutture navali ed alla progettazione di imbarcazioni da diporto.

Learning Goals

The goal of the course is to make the students familiar with the basic knowledge of the ship structure design and of the different limit states and failure modes.

Metodi didattici

Lezione orale frontale Esercitazioni relative a problemi connessi con gli argomenti sviluppati durante il corso Prove sperimentali di laboratorio.

Teaching Methods

Lectures. Exercises. Experimental tests in laboratory.

Prerequisiti

Conoscenze di base della teoria dell'elasticità e abilità nella soluzione analitica di strutture semplici soggette a differenti sollecitazioni.

Prerequisites

Basic knowledge of the theory of elasticity and skills in analytical solution of simple structures subjected to different load types.

Verifiche dell'apprendimento

Verifica in itinere con prova scritta. Prova scritta a fine corso. Esame orale finale con valutazione della verifica in itinere e della prova scritta finale.

Assessment

Test in progress. Final test. Final oral examination with evaluation of ongoing and final tests.

Programma del Corso

1. GEOMETRIA E RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DELLO SCAFO Tipologie di navi Definizioni relative alla geometria dello scafo e dimensioni caratteristiche Coefficienti di finezza Registri di Classifica Moti della nave Piano di costruzione Strutture navali 2. TEORIA DELLA TRAVE ELASTICA Teoria della trave elastica Sollecitazione di: trazione e compressione, flessione, torsione e taglio Esercitazione: Verifiche di sezioni 3. MATERIALI UTILIZZATI IN CAMPO NAVALE Materiali utilizzati nella costruzione navale Materiali compositi 4. ANALISI STATICA DELLA TRAVE-NAVE Trave nave Carichi in acqua tranquilla Determinazione dei diagrammi dei pesi e delle spinte e dei diagrammi del taglio e del momento flettente Pressione idrostatica ed idrodinamica sulla nave Carichi in presenza di onda Robustezza longitudinale Momento flettente d’onda orizzontale Shear lag Tensioni di taglio agenti sulla trave nave ed in sezioni a più maglie Sezioni con differenti materiali Esercitazione: Diagramma dei pesi e delle sollecitazioni sulla trave nave; Determinazione della robustezza longitudinale; Calcolo delle tensioni di taglio su sezione con maglia chiusa; Andamento delle tensioni di flessione e taglio in una sezione con diversi materiali 5. DIMENSIONAMENTO DI STRUTTURE NAVALI Rappresentazione grafica delle strutture navali Dimensionamento di strutture navali mediante calcolo diretto Esercitazione: Dimensionamento delle strutture navali di un ponte 6. IMPIANTO GOVERNO Manovrabilità della nave I coefficienti idrodinamici Dimensionamento dell’asta del timone Configurazioni di timoni Profili NACA I timoni attivi Esercitazione: Dimensionamento dell’asta del timone Prova scritta 7. APPLICAZIONE DEL METODO DEGLI ELEMENTI FINITI ALLE STRUTTURE NAVALI Il metodo degli elementi finiti Metodi di Ritz-Rayleigh e di Galerkin Analisi agli elementi finiti di strutture navali Esercitazione: FEA di una trave; FEA di un timone 8. ROBUSTEZZA TRASVERSALE E TORSIONALE Tensioni primarie, secondarie e terziarie Teoria della piastra a flessione Robustezza trasversale Tensioni nel fasciame Metodo del grigliato Metodo di Cross Robustezza torsionale Tensioni di torsione agenti in una sezione maestra ed in una sezione a più maglie Esercitazione: Applicazione della teoria della piastra a flessione e del metodo di Cross; Calcolo delle tensioni di torsione agenti su una imbarcazione a vela 9. VIBRAZIONI NELLE STRUTTURE NAVALI Analisi delle vibrazioni Tenuta della nave al mare Sistemi di stabilizzazione delle navi Springing Slamming Vibrazioni flessionali Vibrazioni torsionali della linea d’assi Esercitazione: Vibrazioni torsionali della linea d’assi 10. ANALISI DEGLI STATI LIMITE Stati limite Frattura fragile Plasticità Resistenza ultima della trave nave Buckling Meccanica della Frattura Statica Elasto-Lineare e Elasto-Plastica Fatica (High Cycle Fatigue, Low Cycle Fatigue) Meccanica della Frattura Dinamica (legge di Paris) Effetti di concentrazione delle tensioni nelle strutture navali Progettazione a fatica delle strutture navali Esercitazione: Applicazione della legge di Paris, dell’approccio S-N, della legge del Miner; Prove sperimentali; FEA di una piastra forata 11. ANALISI A FATICA DEI COLLEGAMENTI SALDATI Rappresentazione grafica di giunzioni saldate Resistenza a fatica dei giunti saldati Classi dei giunti saldati Esercitazione: FEA di giunti saldati 12. PROGETTAZIONE DI IMBARCAZIONI DA DIPORTO Imbarcazioni in vetroresina Tabella di laminazione Meccanismi di frattura e fatica nei compositi Progettazione e realizzazione di strutture navali in composito Esercitazione: Dimensionamento di uno yacht in composito; FEA di una struttura navale in composito

Course Syllabus

1. SHIP DIMENSIONS AND FORM Basic design of the ship Classification of ships Hull form and main dimensions Block and prismatic coefficients Freeboard and buoyancy Classification Societies Rigid body motion of a ship Plan of construction Ship structures 2. THEORY OF THE ELASTIC BEAM Theory of the elastic beam Tensile and compressive stress Bending stress Stress of shear load Stress of torsional moment Tutorial: Design of beams subjected to different load types 3. SHIPBUILDING MATERIALS Materials used in ship construction Stress-strain curve of materials Materials properties Composites 4. HULL GIRDER ANALYSIS Hull girder Still water global loads Weight and bouyance distribution Bending moment and shear force diagrams Hydrostatic and dynamic pressure loads Wave induced global loads Parametric formulas of wave loads Longitudinal bending stress Longitudinal strength of the hull girder Horizontal bending wave moment Stress produced by horizontal bending and torsional moments Shear lag Hull girder shear stress and shear stress in multicell sections Section with dissimilar materials Tutorial: Calculation of weight distribution, shear load and bending moment diagrams in the hull girder; Longitudinal strength and section modulus calculation; Shear stress in multicell sections; Bending and shear stresses in a section with dissimilar materials 5. SCANTLING Drawing of ship structures Scantling Plating and ordinary stiffner design Design of primary supporting members Tutorial: Scantling of the deck structures 6. RUDDER Geometry of a rudder Forces acting on a rudder Rudder design and configurations NACA profiles Idrodynamic coefficients Active Rudders Tutorial: Rudder design Examination test 7. APPLICATIONS OF FINITE ELEMENT METHODS TO SHIP STRUCTURES Finite Element Methods Linear and Non linear Static FEA Methods of Ritz-Rayleigh and Galerkin FEA of ship structures Tutorial: FEA of elastic beams subjected to different load types; FEA of a rudder 8. TRANSVERSE AND TORSIONAL STRENGTH Primary, secondary and tertiary response Plate theory Transverse strength: Cross Method Grillage approach Plating stress Torsional stiffness Torsional shear stress in multicell sections Tutorial: Application of plate theory and Cross Method 9. SHIP VIBRATIONS Vibration theory Dynamic analysis by the Finite Element Method Seakeeping Encounter frequency Ship motion: vibrations Springing Slamming Stabilization devices Vibration sources in naval structures Flexural vibrations Torsional oscillations of a crankshaft 10. LIMIT STATES AND FAILURE MODES Limit states Brittle fracture Plasticity Ultimate bending moment of hull girder Buckling Linear–elastic Fracture Mechanics Elasto–plastic Fracture Mechanics Dynamic Fracture Mechanics (Paris law) Fatigue (Low Cycle Fatigue, High Cycle Fatigue) Stress concentrations in ship structures Fatigue design of ship structures Ship collision Tutorial: Laboratory experiences; Application of Paris law, S-N approach and Miner law; FEA of an elastic plate with a passing hole 11. FATIGUE ANALYSIS OF WELDED JOINTS Weld drawing Fatigue strength of welded joints Methods for the assessment of the fatigue strength of welds S-N curves of welded joints reported in the current codes Fatigue Class of welded joints Load ratio effect Tutorial: FEA of welded joints 12. YACHT DESIGN Fiberglass boat Mat, cloth and woven roving Lamination table Design of naval structures in composites Fracture mechanisms of composites Fatigue of composites Construction of a composite hull Tutorial: Design of yacht structures in composites; FEA of naval structures in composites