Cálculo das forças pré e pós colapso envolvidas na colisão frontal de um navio utilizando o método do limite superior

Abstract

Este trabalho tem como objetivo utilizar o método do limite superior para determinar as forças de pré e pós colapso de um navio, quando este for submetido a uma colisão frontal, tanto em uma estrutura estática, como uma ponte, ou em uma estrutura dinâmica, como em outra embarcação. A utilização deste modelo matemático serve para calcular essas forças de uma forma mais rápida, e com equações simples, que podem ser utilizadas já na fase preliminar do projeto de um navio. Os valores encontrados podem ser usados para se ter uma melhor noção de ordens de grandeza das forças, e com isso, poder estimar com mais agilidade a suas partes estruturais, como anteparas de colisão, longarinas transversais e longitudinais, etc. Para esse estudo a forma do casco do navio foi substituída por uma forma cilíndrica de paredes finas e submetida a uma compressão axial uniforme, o material foi suposto como elástico perfeitamente plástico, e com isso não ocorre encruamento do material. Foi usado essa forma pois já houveram estudos teóricos e experimentais feitos pelo Professor Hazim A. Al-Qureshi para esse tipo de geometria, e os resultados mostraram-se compatíveis para diversos tipos de metais. Um estudo de caso foi feito para demonstrar a aplicabilidade desse modelo matemático (método do limite superior) em navios de qualquer tamanho e para diferentes tipos de materiais. Nesse estudo, o resultado encontrado pelo método do limite superior foi comparado com outras equações empíricas, que são utilizadas por entidades internacionais, e os resultados ficaram dentro de um erro aceitável. Enquanto essas equações empíricas são baseadas apenas em testes experimentais e em métodos dos elementos finitos, o método do limite superior foi baseado em modelos matemáticos, e validado através de experimentos, trazendo um melhor embasamento teórico, tento uma melhor confiabilidade no cálculo dessas forças.

This paper aims to use the method of the upper limit to determine the pre and pos loads of the collapse of a ship when subjected to a frontal impact in a static structure, such as a bridge, or in a dynamic structure, such in another vessel. This mathematical model is used to calculate these loads more quickly, and with simple equations, which can be used in the preliminary design phase of a ship. These values might be used to get a better sense of orders of magnitude of the loads, and thus, to estimate with more agility their structural parts, such as collision bulkheads, transverse and longitudinal stringers, etc. For this study, the shape of the hull of the vessel was replaced by a thin walled cylindrical shape and subjected to a uniform axial compression, and the material was assumed to be rigid perfectly plastic, and this does not occur hardening of the material. This form was used because there were already theoretical and experimental studies done by Professor A. Hazim Al-Qureshi for this kind of geometry, and the results proved to be consistent for different types of metals. A case study was done to demonstrate the applicability of this mathematical model method (upper limit) in vessels of any size and for different types of materials. In this study, the results found by the upper bound method was compared with other empirical equations, which are used by international organizations, and the results were within an acceptable error. While these empirical equations are based only on experimental tests, and finite element method, the upper limit was based on mathematical models, and validated through experiments, bringing a better theoretical basis, and having a better reliability in calculating these loads.