Otimização do projeto estrutural de embarcações de alta velocidade produzidas em material compósito

Abstract

Os novos avanços científicos realizados na pesquisa de materiais e técnicas de fabricação permitem que os projetistas navais repensem os projetos de embarcações de alta velocidade, visando soluções mais leves e eficientes. No atual cenário competitivo, qualquer diferencial que represente uma vantagem estratégica é uma importante meta a ser perseguida por pesquisadores e armadores. Dessa forma, este trabalho propõem uma metodologia para a obtenção do projeto estrutural otimizado de uma embarcação de alta velocidade, produzida em materiais compósitos, visando alcançar significativa redução no peso do casco. O projeto estrutural foi desenvolvido de acordo com a norma da Sociedade Classificadora DNV, utilizando o algoritmo de otimização NSGA-II, para obter os parâmetros do projeto estrutural da embarcação de alta velocidade que minimizam a massa estrutural do casco. Como exemplo de aplicação da metodologia proposta, realizou-se um estudo de caso com uma embarcação de 42 pés, cujo projeto estrutural foi seguido de uma análise estrutural utilizando Método dos Elementos Finitos visando determinar a distribuição das tensões ao longo do casco da embarcação. A modelagem em elementos finitos utilizou o projeto e o carregamento estrutural definidos pela norma e foi feito com elementos de casca com múltiplas camadas. Como resultados, observou-se que a redução no número de cavernas, escoas e longarinas pode representar uma significativa redução na massa estrutural da embarcação.

New scientific advances in research of materials and manufacturing techniques allow naval designers to rethink about the high speed boats designs, looking for lighter and more efficient solutions. In the current competitive scenario, any differential that represents strategic advantage is an important goal to be pursued by researchers and shipowners. Thus, this paper proposes a method for obtaining the optimized structural design of a high speed boat, made of composite, aiming to achieve significant reduction in the hull’s weight. The structural design was developed in accordance with the standard of the Classification Society DNV, using the NSGA-II optimization algorithm to obtain the parameters of the structural design which minimizes the structural mass of the hull. As an example of the proposed methodology, a case study with a boat of 42 feet was made, whose structural design was followed by a structural analysis using the Finite Elements Method in order to determine the stress distribution along the hull of the boat. The Finite Elements modeling used the design and structural loading defined by DNV and it was made with shell elements with multiple layers. As results, it was observed that the reduction in the number of web frames and longitudinal stiffeners may represent a significant reduction in the structural weight of the boat.