Pesata Nave

Dall'esponente dei pesi alle sollecitazioni sulla trave nave

1. Introduzione

Il software presentato si propone di automatizzare alcune delle fasi della pesata della nave. In particolare si è voluto fornire delgi strumenti che permettano di ridurre i tempi di costruzione del castello dei pesi, il calcolo dell’assetto conseguente e infine il calcolo delle caratteristiche della sollecitazione della trave scafo. Per quanto riguarda il castello dei pesi si è voluto fornire uno strumento di analisi e controllo sull’esponente dei pesi che permettesse, in modo grafico e intuitivo, di analizzare la distribuzione dei pesi evidenziandone gli errori più grossolani. Si lascia ad altri il compito di sviluppare degli strumenti software che automatizzino, anche in parte, la compilazione dell’esponente dei pesi.

2. Funzionalità del software

“PesataNave.exe” e un programma nato per semplificare la laboriosa costruzione del castello dei pesi per i calcoli di robustezza della trave scafo. Lo strumento si propone di agevolare le operazioni di inserimento, modifica e controllo dei dati costituenti l’esponente dei pesi. L’interfaccia grafica permette di individuare facilmente gli errori anche in presenza di esponenti dei pesi particolarmente
complessi e dettagliati. Risulta infatti immediato focalizzare le corrispondenze fra carichi e la loro
rappresentazione grafica. Il programma offre la possibilità di esportare dati e risultati in programmi di comune diffusione come fogli elettronici e CAD. Questo ne permette l’uso in concerto con altri strumenti software già a disposizione. Nel caso specifico, ad esempio, i dati generati da questo applicativo vengono utilizzati in un file Microsoft Excel per il calcolo delle caratteristiche della sollecitazione (in assetto) per la nave a cui l’esponente dei pesi è associato. “Assetto e Sollecitazioni.xls” è infatti un foglio
di calcolo che permette il calcolo dell’assetto di una nave, il calcolo delle corrispondenti caratteristiche
della sollecitazione (trave nave), note la geometria dello scafo e la distribuzione dei pesi sul piano longitudinale. Il file è automatizzato con codice V.B.A. (Visual Basic for Application) liberamente
consultabile e modificabile. La sinergia fra i due software permette di effettuare la pesata di una nave con buone approssimazioni e in tempi relativamente brevi. La procedura per l’esecuzione della pesata della nave può essere riassunta nello schema a blocchi in allegato.

3. Indicazioni operative per l’uso del software.

Faremo riferimento allo schema a blocchi per avere una linea guida nella fase d’inserimento dati. Per iniziare dovremo disporre di alcuni dati di base inerenti il nostro problema. In particolare dovremo conoscere già l’esponente dei pesi e i diagrammi del Bonjean (definizione geometrica dello scafo). In particolare dovremo avere a disposizione in forma tabulare i diagrammi delle aree e dei momenti statici
Sxy(momento statico rispetto al piano xy) per un numero sufficiente di stazioni (minimo 3 stazioni).
Inseriremo, rispettivamente, i dati relativi all’esponente dei pesi in “PesataNave.exe”, le tabelle del Bonjean e la risultante del castello dei pesi (prodotto da PesataNve.exe) in “Assetto e sollecitazioni.xls".

4. Inserimento dati in PesataNave.exe

Supponiamo di iniziare da un file “pesata” nuovo. Dovremo aprire la finestra di dialogo “Elenco carichi” dal menu Visualizza o dalla barra degli strumenti. Con questa finestra di dialogo potremo inserire tutti i dati inerenti il nostro esponente dei pesi. Inseriremo un nuovo carico premendo il tasto “Add New”. Il cursore si sposterà sulla casella di editazione del nome del carico. Qui inseriremo il nome del carico (sono ammesse anche più parole). Muovendoci con il mouse o con il tasto di tabulazione potremo inserire i dati numerici relativi al peso in considerazione. E’ importante fare attenzione ai dati x1,x2,xg: x1 e x2 rappresentano gli estremi fra i quali il carico distribuito grava; xg è invece la coordinata del baricentro lungo l’asse x relativa
al riferimento in x1. La coordinata del baricentro nel sistema nave (XG) sarà:

XG= xg +x1;

Le coordinate yg e zg sono invece definite nel sistema nave. Potremo inserire l’esponete dei pesi e verificare tale operazione scegliendo fra 4 diverse anteprime del castello dei pesi. Fra queste la più
interessante è sicuramente “Singolo carico nel complessivo”. In questa modalità sarà possibile evidenziare
nel grafico ciascun carico e individuarne uno con un semplice click del tasto sinistro del mouse. Questo significa poter passare dalla definizione numerica del carico alla sua rappresentazione grafica e, viceversa, risalire alla definizione di un carico in base alla sua rappresentazione. Terminato l’inserimento dei carichi potremo avere il dettaglio dell’esponente dei pesi attraverso l’esportazione di un semplice file di testo (menu File /Esporta carichi su file TXT). Per utilizzare quindi i dati finora immessi in altre applicazioni potremo esportare quanto inserito sotto forma di disegno (esportazione in file tipo DXF), o sotto forma di file di testo (dati tabulati importabili immediatamente in Excel). Per utilizzare il foglio elettronico “Assetto e sollecitaizoni.xls” esporteremo in forma tabulare la risultante del castello dei pesi (menu File/Esporta dettaglio risultante (TXT) ) e le caratteristiche globali dei carichi (menu Visualizza/Calcoli/Calcola baricentro e Risultante) con un semplice copia/incolla.

5. Inserimento dati nel foglio di lavoro “Assetto
e Sollecitazioni.xls”

Da questo foglio di calcolo otterremo i dati relativi alle caratteristiche della sollecitazione della trave scafo relative a diverse condizioni di carico. Il DataSheet contiene al suo interno 4 fogli fondamentali. In due di questi sono contenuti i dati relativi alla geometria della nave (facilmente individuabili per i loro nomi), mentre nel terzo sono presenti i controlli che permettono il calcolo automatico dell’assetto della nave. Il quarto ed ultimo foglio contiene i dati tabulati della risultante del castello dei pesi generati dal programma PesataNave.exe e le relative caratteristiche della sollecitazione.
Questo è l’unico fra i quattro ad essere predisposto alla duplicazione dei sui contenuti in base al numero di condizioni di carico che si vogliono considerare.
Inseriti i dati della carena, seguendo il prototipo proposto nel file originale(senza modificarel’impaginazione) per ottenere i dati d’assetto dovremo inserire le coordinate del baricentro dei pesi e il dislocamento valutati precedentemente e avviare il processo di calcolo automatico(foglio Calcolo d’assetto; pulsante DeterminaAssetto). Il programma calcolerà l’assetto in base ai dati geometrici inseriti risolvendo in forma numerica le equazioni dell’equilibrio. Calcolato l’assetto potremo valutare le caratteristiche della sollecitazione nel quarto foglio (o a seguire) dove avremo riportato tabulati i pesi p(x) (importazione da “PesataNave.exe” delle coppie [x,p(x)] ).

Con l’ausilio della funzione calcola spinte potremo ottenere in forma tabulare p(x)-s(x) assieme a taglio e momento ( usare il tasto Calcola Spinte dopo aver calcolato l’assetto nel primo foglio).
E’ da ricordare come questa piccola applicazione realizzata in Excel non sia del tutto automatizzata.
Nel quarto foglio sarà necessario eseguire operazioni di copia incolla per aggiornare il numero delle colonne contenenti formule. In generale questo non dovrebbe creare grosse difficoltà, anche se potrebbe comunque rappresentare una causa d’errore.

6. Commento ai risultati

Come è possibile verificare con il file d’esempio, gli errori sul taglio e sul momento flettente verticali sono piuttosto piccoli. Rimangono degli errori numerici sistematici imputabili al modello trave scafo (vedi momento flettente) .
I dati sin ora ottenuti ci permetteranno di valutare, ad esempio, il dimensionamento della sezione maestra o i piani d’imbarco per il carico (zavorra/carico pagante).

7. Sviluppi futuri

L’uso dei diagrammi del Bonjean per il calcolo dell’assetto e per la valutazione delle spinte localmente è sicuramente perfettibile, viste soprattutto le difficoltà che si incontrano nell’affrontare lo studio di scafi non monocarena e/o asimmetrici. Anche per la valutazione delle caratteristiche della sollecitazione in caso di falla possono essere suggerite altre metodologie basate sull’uso del calcolo automatico. Esistono in letteratura molte soluzioni che hanno trovato implementazioni commerciali di ampia diffusione.

Rimane comunque difficile reperire materiale inerente tali implementazioni. E’ stato quindi scelto di affrontare il problema ex-novo a scapito dei tempi di sviluppo. Il file Excel è quindi da considerarsi uno strumento provvisorio in vista di una nuovo “pacchetto” che lo possa sostituire e migliorare.