La progettazione navale contemporanea richiede soluzioni sempre più rapide e affidabili, capaci di coniugare innovazione, sicurezza e prestazioni. In questo scenario, l’uso degli strumenti di CAE (Computer Aided Engineering) e, in particolare, del metodo degli elementi finiti (FEM), ha rivoluzionato l’approccio dei progettisti.
Grazie al FEM è oggi possibile:
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analizzare strutture complesse e materiali compositi;
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prevedere comportamenti statici e dinamici;
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ottimizzare la geometria e le laminazioni dei componenti;
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ridurre costi di prototipazione e tempi di sviluppo.
Strutture in composito: vantaggi e sfide
I materiali compositi sono ampiamente diffusi nella nautica da diporto per l’elevato rapporto resistenza/peso e per la possibilità di orientare le fibre in funzione delle prestazioni richieste. Tuttavia, il loro comportamento è meno prevedibile rispetto ai materiali isotropi: la sequenza di laminazione, il processo produttivo e i diversi meccanismi di danneggiamento (rottura fibra/matrice, delaminazione, ecc.) devono essere attentamente valutati.
Il FEM permette di modellare accuratamente queste variabili e di calcolare indicatori come i Failure Index, che aiutano a identificare zone critiche e ottimizzare il progetto.
Analisi statica con Inertia Relief
Uno dei problemi tipici nella simulazione FEM delle imbarcazioni è la difficoltà nel definire vincoli realistici: in navigazione lo scafo non è infatti ancorato, ma in equilibrio dinamico tra spinte e resistenze.
Per ovviare a questo limite si ricorre al metodo dell’Inertia Relief, già consolidato in ambito aerospaziale, che consente di simulare strutture libere soggette a carichi e forze di inerzia.
Questa tecnica è stata applicata con successo all’analisi e all’ottimizzazione dello scafo di un motoryacht, modellando le diverse zone di laminazione e includendo anche componenti non strutturali (motori, serbatoi, paratie). In poche iterazioni è stato possibile individuare soluzioni più leggere e rigide, riducendo tempi e costi di sviluppo.
Analisi di contatto: scafo, chiglia e bulbo
Un altro ambito in cui il FEM trova applicazione diretta è lo studio dei contatti tra corpi.
Due casi pratici particolarmente significativi sono:
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Chiglia sollevabile: simulazione del collegamento tra perno e chiglia in rotazione, per verificare la distribuzione degli sforzi e ottimizzare il progetto.
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Chiglia fissa con bulbo: analisi di flange e bulloni, con valutazione delle tensioni sui cordoni di saldatura e dell’effetto della posizione del baricentro del bulbo.
Conclusioni
L’analisi FEM si conferma uno strumento indispensabile per la nautica: consente di esplorare scenari che i metodi di calcolo tradizionali non riescono a gestire, supportando il progettista nella scelta di soluzioni più affidabili, performanti e competitive.
