Influencia de parámetros geométricos en la resistencia al colapso y a la fatiga de cascos resistentes de submarinos sobre presión externa

Abstract

El casco resistente es la estructura más crítica en el submarino. Este casco e diseñado con factores de seguridad bajos por la necesidad de reducir el peso con el propósito de mejorar el desempeño operacional. Por esta razón, es importante saber la resistencia última con una mejor precisión, y también, conocer las dimensiones que optimicen el peso de la estructura y provean una mejor resistencia a la fatiga. En este trabajo, son desarrollados modelos numéricos paramétricos en el programa comercial ANSYS, para estudiar la influencia de los parámetros geométricos en la resistencia última del casco resistente sobre presión externa. Estos modelos consideran lo efectos combinados de propiedades no lineales del material e imperfecciones geométrica radiales iniciales para calcular el colapso elasto plástico de la casca cilíndrica reforzad sobre carga hidrostática. Los resultados son comparados con resultados experimentales de ensayos de cascas cilíndricas reforzadas de aluminio. Además de eso, esos resultados so comparados con otros resultados obtenidos a partir de fórmulas analíticas para el diseño de submarinos. Posteriormente, estudios paramétricos son realizados considerando diferentes imperfecciones del casco resistente a escala real. El parámetro de imperfección nos ayuda a obtener la sensibilidad de este análisis con el fin de obtener la imperfección geométrica más pesimista posible. Adicionalmente, son estudiados los efectos de la distancia entre cuadernas y el espesor de la casca cilíndrica en la presión de colapso, con el objetivo de ajustar los resultados a una superficie de falla por el método de mínimos cuadrados. Finalmente, un estudio de caso es desenvuelto simulando el diseño de la estructura de un casco resistente para una dada profundidad máxima de operación, con el objetivo de encontrar la estructura más óptima en peso y vida a fatiga.