Estudo do comportamento vibratório de uma embarcação em escala reduzida

Abstract

Vibração em embarcações é um tema de alta complexidade, pois podem ser induzidas por diferentes fontes como, por exemplo, máquinas, equipamentos, ondas, ventos e efeitos hidrodinâmicos. Esse trabalho visa o entendimento do comportamento vibratório de uma embarcação em escala reduzida e aborda a excitação dada pelo motor da embarcação e o campo de pressão gerado pelo hélice propulsor. Durante o projeto de novas embarcações recomenda-se calcular suas propriedades dinâmicas, tais como frequências naturais e modos de vibração da viga-navio. Tal estudo dos modos de vibração tem por objetivo facilitar a conclusão, através de métodos analíticos, ainda nas fases preliminares de estudo de modo a obter embarcações menos suscetíveis ao fenômeno da ressonância. Em caso de ressonância, além de ser indesejável por provocar desconforto aos usuários e movimentação das cargas, a vibração excessiva compromete a estrutura do casco, das subestruturas do navio e dos componentes mecânicos e eletrônicos. Para tanto, foi realizada a análise experimental e uma análise analítica de uma embarcação em escala reduzida. Os modelos analíticos que representam a análise modal tanto na condição livre-livre quanto na condição molhada, sendo estas a viga de Euller-Bernoulli e o modelo da viga-navio, respectivamente, apresentaram erro máximo de 10,65%, essa diferença ocorre por motivos de simplificações e falta do completo domínio das propriedades mecânicas da embarcação. Em um segundo momento, será avaliada a condição de operação da embarcação, através da ODS, tal procedimento permite concluir que a frequência natural da embarcação é excitada durante o funcionamento, dada a frequência de rotação do motor, frequência passagem das pás e a combinação destas.

Vibration on vessels is a high complexity theme, they can be induced by different sources as, for example, machinery, equipment, waves, winds and hydrodynamic effects. This project focuses on the vibration behavior of a scaled vessel and discusses the excitation forces by the main engine and the generated pressure field generated by its propeller. While a new vessel is being projected it is recommended to estimate its dynamic properties, such as natural frequencies and mode shape of the ship hull beam. Such study aims to make easier the conclusion, by analytical methods, still in the early design stages to obtain vessel less susceptible to the phenomena of resonance. The reason an engineer is trying to avoid the resonance on his project is because, besides being uncomfortable for the crew and the possibility of cargo movement, the excessive vibration commits the ship’s hull structure, the substructures of the ship, mechanical and electronic components. Thinking of that, was performed an experimental analysis and analytical one on a reduced scale vessel. The analytical models that represents the modal analysis in the free condition and in the wet condition are the Euller-Bernoulli and the hull ship beam, respectively, show a maximum error of 10,65%, this difference occurs for simplification and missing of complete domination of the mechanical properties of the vessel purposes. In a second moment, this project will evaluate the vessel operation condition, trough ODS, such procedure allows finding out which vessel’s natural frequency is excited during the operation of the ship, given the engine rotation rate, the frequency of the propeller blades and a combination of those.