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Unità nautica: progettazione, simulazione e materiali avanzati

Nell’ambito del CIRI-MAM sono presenti le più avanzate competenze nelle applicazioni nautiche che vedono impegnati i ricercatori in cinque macro-aree: Metodi avanzati di progettazione per la nautica, Simulazione strutturale, Simulazione fluidodinamica acqua/aria, Verifica di integrità strutturale e qualità con metodi non distruttivi e Prototipazione fisica/digitale e visualizzazione fotorealistica.

Il CIRI-MAM, unità nautica, ha sede presso il Tecnopolo della Nautica a Marina di Ravenna (RA) in via Ciro Menotti, 48, vicino ai cantieri nautici e alla banchina interna del Canale Candiano. Tale locazione rappresenta un ottimo punto di presenza “a mare” per le attività di ricerca nell’ambito.

Sono attive le seguenti aree di ricerca:

 

 

Metodi avanzati di progettazione per la nautica

La realizzazione di imbarcazioni da diporto o da competizione in grado di operare in modo sicuro, affidabile ed economico, in un contesto industriale che miri alla sua eco sostenibilità, è una sfida che richiede l’impiego di specifiche competenze e tecnologie all’avanguardia.

Il Tecnopolo della Nautica implementa le più innovative tecniche di progettazione per la standardizzazione

delle parti; la nostra filosofia orientata alla cooperazione tra tutte le competenze coinvolte nella progettazione del prodotto, rientra in un ambito di cuncurrent engineering dal quale fa suo il Design for X: ne risulta una migliore qualità dei prodotti, una riduzione dei costi e dei tempi complessivi di realizzazione del progetto.

La progettazione basata sulle simulazioni al calcolatore (Simulation Based Design – SBD) mettendo in campo strategie progettuali intrinsecamente sostenibili e metodologicamente rigorose individuando gli obiettivi ed i vincoli propri della progettazione, unitamente alla prototipazione digitale (Digital mock-up – DMU) che permette la simulazioni di assemblaggi prima che questi vengano effettivamente realizzati, consentono la valutazione di scenari od opzioni alternative ed una precoce identificazione delle problematiche costruttive.

I vantaggi competitivi dei metodi di progettazione che adottiamo vengono supportati dal centro di calcolo interno, dotato di un cluster in ambiente Linux ad alte prestazioni che consente, grazie allo sfruttamento della potenza di calcolo a disposizione, un incremento della velocità di calcolo e conseguentemente una riduzione dei tempi di progettazione.

Simulazione strutturale

L’esperienza derivante dalla ricerca universitaria e la collaborazione consolidata con partner esterni, consentono al centro di gestire al meglio le attività di progettazione che prevedono l’impiego dell’analisi a elementi finiti (Finite Element Method – FEM). Le analisi spaziano dai “classici” calcoli statici lineari ai quali si riconducono, in fase di validazione preliminare gran parte dei dimensionamenti strutturali, alle analisi altamente non-lineari sia dovute a grandi spostamenti e deformazioni che a non linearità associate ai materiali compositi di così largo impiego in campo nautico; a ciò si uniscono le analisi cinematiche per lo studio del comportamento di corpi in movimento e le analisi modali rivolte allo studio vibrazionale delle strutture.

La presenza all’interno delle nostre strutture di attività finalizzate alla innovazione e sviluppo di materiali di collaudata o nuova concezione e delle relative tecnologie di produzione, quali i materiali compositi a matrice polimerica, le tecnologie di riciclo dei materiali e metodi di caratterizzazione fisico-meccanica, ci permette di ridefinire i modelli descrittivi dei fenomeni fisici sviluppandone i modelli costitutivi e la loro relativa implementazione nei codici di calcolo numerico di adozione.

Simulazione fluidodinamica

La fluidodinamica computazionale (Computational Fluid Dynamics – CFD) trova nella nautica, ed in particolare nel campo della vela, una delle più interessanti ed affascinanti possibilità di applicazione. E’ questo il settore che trae i maggiori benefici dalla presenza, all’interno del Tecnopolo, del cluster per il calcolo parallelo; esso consente oltre che una riduzione dei tempi di calcolo, un incremento della precisione dei risultati associati alle simulazioni stesse e la possibilità di effettuare simulazione che prevedono l’interazione tra le strutture materiali ed i fluidi al loro contorno (Fluid-Structure Interaction – FSI) la cui principale applicazione è l’interazione aria-vela.

Per quanto riguarda gli aspetti fluidodinamici del “sistema imbarcazione” nel suo complesso, si svolgono attività numeriche e metodologie mediante metodi RANS, metodi meshfree quali Smoothed-particle hydrodynamics (SPH) e varianti ai tradizionali metodi a potenziale.

Le simulazioni si estendono ai fenomeni di irraggiamento acustico, con particolare attenzione sia agli effetti che una imbarcazione a motore provoca sull’ecosistema marino, che al benessere delle persone a bordo.

Alle simulazioni fluidodinamiche si affiancano campagne sperimentali e metodi ottici di misura/visualizzazione del campo istantaneo di velocità di un fluido (Particle Image Velocimetry – PIV) con il duplice obiettivo di indagine sperimentale dei fenomeni fisici e come fonte di dati per la verifica e la validazione dei codici numerici adottati.

Verifica di integrità strutturale e qualità

Con la moderna strumentazione elettronica è possibile monitorare la struttura di una imbarcazione in tempo reale, generalmente impiegando opportune sollecitazioni imposte, oppure analizzandone durante il suo normale ciclo di vita, rilevando ed elaborando microsollecitazioni localizzate. In questo contesto, l’attività di trasferimento tecnologico del Tecnopolo della Nautica è rivolta alla progettazione e allo sviluppo di reti di sensori e sistemi per l’acquisizione e l’elaborazione di segnale nella caratterizzazione strutturale.

Il personale coinvolto in questa attività ha specifiche competenze nel campo delle misure estensimetriche e dell’ultrasonografia. In particolare, l’ultrasonografia è una tecnica di controllo non distruttivo tra le più promettenti sia per potere ispettivo che economicità. Essa si basa sullo studio della propagazione e delle riflessioni delle onde elastiche nei materiali, in particolare i metodi convenzionali utilizzano onde longitudinali e trasversali. L’analisi dei segnali ultrasonici così ottenuti consente la rilevazione in molti materiali di numerose tipologie di difetti fra i quali si citano: la presenza di delaminazioni, la tipologia delle delaminazioni, l’uniformità dello spessore della stratificazione, il compattaggio delle fibre e l’uniformità delle proprietà meccaniche della struttura, eventuali inclusioni di materiale estraneo alla laminazione.

Prototipazione fisica/digitale e visualizzazione fotorealistica

La prototipazione si pone come tecnologia di primaria importanza sia per la visione complessiva degli studi di design e stile, che per la realizzazione di stampi. Siamo pertanto in grado di studiare ed ottimizzare non solo lo scafo ma anche le procedure di produzione della coperta e degli interni, che verranno quindi ad essere perfettamente montabili con lo scafo pre-prodotto.

Le verifiche dimensionali sugli scafi prodotti costituiscono non solo un controllo qualitativo, ma anche una delle strade che percorriamo costantemente per il miglioramento del prodotto finale ed il perfezionamento delle tecniche di realizzazione degli stampi stessi, specie se di grandi dimensioni.

Si dispone inoltre di una Sala Virtuale par la visualizzazione fotorealistica di modelli tridimensionali di natanti e loro interni per consentire una efficace comunicazione del prodotto sia nella fase di sviluppo di concept complessi sia nella interazione con il cliente finale. Progettiamo e sviluppiamo cataloghi digitali in grado di visualizzare in grafica 3D interattiva i prodotti da commercializzare; ad essi si associano i configuratori, che permettono di combinare e personalizzare interattivamente parti e prodotti presi dal catalogo 3D; i sistemi sviluppati possono essere sia distribuiti su supporti ottici (CD-DVD), che inclusi all’interno del sito Web del committente.

Contatti

Prof. Dario Croccolo

Direttore CIRI MAM

Viale Risorgimento, 2

40136 - Bologna