Progettazione Sovrastruttura: la collaborazione AzimutIBenetti, MDS-Engineering/SIKA

SIKA – Febbraio 2014
SIKA – Aprile 2015
SIKA – Aprile 2015

Costruire grandi navi in composito, >35mt, è diventato ormai una sfida per il design più innovativo, ma allo stesso tempo anche per la ricerca del comfort massimo, sia in termini di abitabilità che di percezione della sicurezza e della solidità in tutte le condizioni di navigazione. L’espressione massima di questa nuova tendenza si riscontra nel design delle sovrastrutture, sempre più articolate e complesse. La superficie è ormai costituita per il 12% da finestrature, valore che sale all’80% se riferito alla superficie dei fianchi, e sono presenti grandi parti a sbalzo che sebbene rendano il design accattivante generano una notevole difficoltà dal punto di vista strutturale. Lo sviluppo in altezza di queste costruzioni impone severi vincoli di peso per garantire la stabilità e il comfort in navigazione. Fondamentale risulta anche la stabilità del composito nel tempo, soprattutto se pensiamo a superfici di colore scuro e/o metallizzato, al fine di ridurre tutti i costi di manutenzione e garanzie in post-vendita. La sintesi di questa nuova filosofia progettuale è alla base dei nuovi modelli della Benetti, nello specifico il BM116’, realizzato con il contributo di MDS-Engineering per la progettazione strutturale. Il team ha lavorato a stretto contatto con il reparto di progettazione di Azimut/Benetti e usufruito dell’esperienza e delle risorse di Sika nella caratterizzazione e nell’utilizzo dei sistemi epossidici. Da qui nascono i requisiti di progetto del cantiere per coniugare la ricerca del comfort effettivo, cioè quello percepito dai passeggeri, e la solidità strutturale. Inoltre gli elementi strutturali dovranno essere quanto meno invasivi per non sottrarre spazio all’allestimento interno e quanto più possibile integrati nel progetto globale della nave, dei sistemi e degli arredi. Tali requisiti quantificabili in termini di comfort, abitabilità e prestazioni, si traducono per il progetto strutturale in una risposta in frequenza ben definita, un ingombro minimo degli elementi strutturali e un peso medio delle strutture (complete di fasciame, rinforzi e paratie) di circa 10 kg/m2. Tutto questo richiede una maggiore attenzione nella fase progettuale al fine di evitare che i costi di produzione aumentino in maniera vertiginosa. È quindi fondamentale sfruttare al massimo le potenzialità del composito, sia dal punto di vista della scelta dei materiali che dell’orientazione delle fibre di rinforzo. Ad oggi I migliori risultati per imbarcazioni di grande dimensioni e con costi di gestione contenuti si ottengono con compositi a base di resina epossidica e rinforzo in fibra di carbonio. La matrice epossidica garantisce un’ ottima adesione e trasferimento delle sollecitazioni al rinforzo, pur mantenendo percentuali inferiori al 40% in peso nel laminato, sia con la tecnica dell’infusione che con la compattazione sotto vuoto. In aggiunta garantisce assenza di ritiri volumetrici, ridotto assorbimento di acqua ed elevata stabilità del manufatto una volta eseguito il ciclo di cura completo. Per queste ragioni è necessario tener conto di quanti più fattori possibili (design strutturale, processo costruzione, costo di produzione, carrozzeria di finitura, e manutenzione post -vendita) fin dalle prime fasi dello sviluppo del progetto. Con software di modellazione 3D accoppiati ad analisi numeriche FEM è possibile ottenere un modello della struttura molto realistico, con cui testare innumerevoli proposte costruttive in tempi estremamente ridotti. Ogni configurazione viene quindi sottoposta a diversi casi di carico evidenziandone punti di forza e debolezze. Una volta garantita la fattibilità e Identificate le proposte migliori, si può procedere con le fasi successive di integrazione dei sistemi e in fine con la costruzione. Da un punto di vista concettuale, questo approccio alla progettazione “integrato” è lo stesso da tempo adottato nell’industria aeronautica e che ha permesso di ridurre I tempi di progettazione e quindi il “time-to-market” del 40%. Grazie alla collaborazione con Sika, produttore di resine epossidiche, nelle fasi di progettazione è stato possibile realizzare campioni di laminato per verificare e aggiornare i valori utilizzati per il calcolo. L’esperienza in laboratorio ha fornito anche dati sul comportamento del composito sotto carichi estremi e nel comportamento a rottura. In questo modo si è lavorato sulla base di dati sperimentali e con margini di errore molto ridotti. Per ottimizzare al massimo il composito è quindi necessario realizzare un modello di calcolo molto preciso e indagare puntualmente la risposta della struttura ai carichi di progetto, anch’essi modellati nel modo più accurato possibile. Da questi dati si procede poi alla definizione delle laminazioni ponendo particolare attenzione all’orientazione dei tessuti, in modo da posizionare materiale, e quindi la rigidezza solo dove è necessario, evitando sprechi e contenendo pesi. Il progetto strutturale può essere quindi sintetizzato nelle seguenti fasi:

  • Scelta dei materiali e determinazione delle proprietà meccaniche in base al processo produttivo scelto.
  • Analisi preliminare delle strutture globali per capire la distribuzione dei carichi.
  • Posizionamento degli elementi strutturali cercando di minimizzare gli ingombri interni quanto più possibile.
  • Creazione dei laminati ottimizzandone l’orientazione per i vari casi di carico.
  • Creazione del modello geometrico 3D delle strutture.
  • Verifica FEM delle deflessioni e degli stress secondo i requisiti imposti dall’ente di certificazione e dal cantiere.
  • Controllo interferenze tra strutture e sistemi di bordo.
  • Produzione dei disegni e dettagli costruttivi, tabelle di laminazione, note procedurali.

Il risultato è un manufatto estremamente mirato, ottimizzato per l’allestimento, resistente e leggero. Inoltre avendo realizzato un progetto completo e dettagliato è possibile pianificare la produzione, tempi e costi, ed esercitare un controllo elevato sull’intero processo. Il modello permette inoltre di avere una previsione globale non solo delle prestazioni, ma anche delle quantità dei materiali utilizzati, delle caratteristiche di massa, peso e baricentro, nonché delle caratteristiche inerziali.  Il mercato Nautico presenta una inerzia endemica, rispetto ad altri settori industriali, nel recepire e metabolizzare buona parte delle proposte tecnologiche che in qualche modo danno luogo a un cambiamento al modus operandi, sia progettuale che produttivo, o a quelle che sono certezze acquisite con l’esperienza e ormai reputate sicure e affidabili. Non sfugge a questa valutazione l’utilizzo della resina epossidica come matrice per impregnazione delle fibre di rinforzo. Non si può, evidentemente, parlare di “novità”, i settori automobilistico, aeronautico, medicale, eolico, aerospaziale hanno da svariati anni adottato, quasi come unica soluzione, l’utilizzo di questo sistema di resine. Il mercato Europeo delle Fibre in Carbonio (e consequenzialmente dei sistemi epossidici) è in continua crescita, nel 2020 si stima una richiesta di 89 x 103 tonnellate di fibra (Fonte: Composite Market Report 2014). È evidente che in questo panorama, le tecnologie già assimilate da altri settori industriali, devono essere fonte di ispirazione e contaminazioni per la Cantieristica Nautica: è l’unico modo per poter crescere sul mercato proponendo un prodotto che sia al pare con il progresso tecnologico globale. L’adeguamento tecnologico nella produzione del composito (ambienti di lavoro controllati, idonee aree di stoccaggio materiali e infrastrutture per la cura e la post-cura dei manufatti) e l’utilizzo di sistemi epossidici sono un inevitabile cambiamento: richiederà sicuramente tempo e impegno da parte dei manager e dei tecnici di cantiere, ma è lo standard attuale di produzione industriale e quindi il futuro inevitabile della cantieristica di eccellenza. I dati Ucina evidenziano una stabilità produttiva degli ultimi anni, conforto di un fatturato che non ha subito ulteriori decrementi (Fonte: il Mercato in Cifre 2013) .La proiezione, con dati non ancora confermati, del 2014 conferma quella che sembra essere una linea di tendenza tracciabile. Leggi macro economiche, da sempre cicliche, sembrano indicare un orientamento destinato a un incremento produttivo che condurrà il Settore a numeri che non saranno paragonabili alla situazione pre 2008, ma porteranno sicuramente a una maggiore competizione tra aziende, che, per allora, si baserà su innovazione e qualità, elementi che saranno distintivi per le realtà che avranno sfruttato a loro vantaggio gli anni della crisi investendo nel progresso. In questo panorama di rivoluzione costruttiva, l’unica possibilità per innovare veramente è un approccio similare a quello evidenziato nel caso di studio proposto. Infatti la condivisione di conoscenza della matrice da parte di un produttore (Sika) e il supporto di una realtà che opera da svariati anni nella progettazione e nella produzione del composito (Nautica, Eolico, Aerospace) come MDS-Engineering. è il giusto supporto offerto al cantiere, in modo da gestire il processo di produzione dalle fasi di progetto a quelle realizzative.. Forti di questa convinzione, MDS-Enigineering e Sika collaborano da diversi anni allo sviluppo del “progetto compositi”, la crescita culturale, che permette oggi di poter fornire una consulenza completa al Cantiere. L’interesse ponderato e la cooperazione trasparente del gruppo Azimut|Benetti ha permesso di realizzare il progetto delle sovrastrutture confermando come sia possibile migliorare notevolmente il prodotto, in termini di confort, di prestazioni del manufatto in particolare e dell’intera nave dal punto di vista globale, mantenendo i costi dell’intero processo entro gli attuali budget di spesa.

NauTech Aprile 2015 – QUI IL PDF CON TUTTE LE IMMAGINI

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