Pandeo torsional de paneles reforzados en buques tanqueros sobre comprensión axial

Abstract

El estudio realizado en esta tesis, intenta explicar la influencia de los modos de fallas de los paneles reforzados típicos de buques de grande porte bajo cargamento compresivo sobre la resistencia última del navío. La organización de la tesis se estructura de la siguiente manera: En el capítulo 1 se hace una breve descripción sobre la importancia de un estudio de resistencia estructural del buque-viga, a partir del entendimiento del pandeo de paneles característicos de buques de grande porte. En el capítulo 2 es realizada una breve revisión bibliográfica, ordenada en orden cronológico, de los estudios analíticos, ensayos experimentales y análisis numéricos desarrollados por diversos investigadores, relacionados a los modos de falla por pandeo de los paneles reforzados longitudinalmente, dando un mayor énfasis al modo de falla de tripping del refuerzo. En el capítulo 3 se procura dar una descripción sobre los diversos modos de pandeo de paneles reforzados, sometidos a cargamento axial compresivo, enfatizando en el modo de falla por tripping en los refuerzos por ser el modo más crítico entre los modos de falla para paneles típicos en navíos de grande porte. Expresiones analíticas para el cálculo de la resistencia última de los paneles, y determinación del modo de falla de acuerdo con la referencia hecha por la DNV son utilizadas. En el capítulo 4 es dada una visión global de los principales tópicos de interés en las investigaciones propuestas por diversos autores, tales como los parámetros geométricos más influyentes en los modos de falla. Es realizado un estudio paramétrico caracterizando las variables en función de las geometrías principales de los elementos estructurales, para la determinación de las características y factores que gobiernan el comportamiento de los paneles. En el capítulo 5 es presentado un estudio de las influencias de las imperfecciones geométricas originadas durante el proceso de construcción del buque, sobre su resistencia última, tanto para las amplitudes como para los modos de las imperfecciones. En el capítulo 6 son detallados los aspectos del modelamiento adoptado para el desarrollo de los modelos numéricos por el método de elementos finitos, a través del programa ABAQUS, considerando la no-linealidad geométrica y del material. Enseguida, es realizada una breve descripción del método de solución de problemas no-lineales utilizado por el programa para las análisis en cuestión. En el capítulo 7 es presentado un estudio de la correlación numérico-experimental, con la finalidad de validar los modelos numéricos a ser utilizados para el análisis de un panel típico do fondo del navío sobre compresión uni-axial. En este capítulo se hace un relato del proceso de fabricación de los modelos reducidos, describiendo las características geométricas del panel, la realización del ensayo de compresión y la instrumentación requerida para la adquisición de los datos de los esfuerzos y deformaciones. En el capítulo 8, una vez realizada la calibración de los modelos numéricos de los paneles reforzados con los resultados de los ensayos experimentales, se puede utilizar la metodología para el análisis de una estructura más compleja, como la sección transversal de un navío tanque. Las características del modelo y las consideraciones realizadas para el modelamiento de la sección transversal del buque, para los distintos casos estudiados, son descritas. En el capítulo 9 son presentados los resultados obtenidos de los análisis numéricos para la sección transversal del buque tanque para los distintos casos, variando los parámetros geométricos, con la finalidad de observar como el modo de falla por tripping de los refuerzos en los paneles del fondo del navío puede influenciar en la resistencia última del buque-viga. El comportamiento estructural global es presentado a través de la curva momento en la condición de quebranto versus curvatura, donde puede ser evaluado la capacidad máxima estructural, el punto del colapso y el régimen post-colapso, para los casos considerados. Los resultados son comparados con los valores obtenidos según las recomendaciones de las sociedades clasificadoras. En el capítulo 10, se presentan las conclusiones obtenidas a partir de los resultados del estudio paramétrico en relación a la resistencia última del buque-viga. Son realizadas también sugestiones para el desarrollo de trabajos futuros.