Lo scopo di questo progetto è stato quello di verificare da un punto di vista statico e modale un’elica marina. Si è realizzato un modello tridimensionale di un’elica navale col software Solidworks e sono state effettuate delle analisi statiche e modali mediante il metodo degli elementi finiti, sfruttando il software ANSYS.

Per quanto riguarda la scelta dei vincoli inizialmente è stata bloccata una superficie inferiore del mozzo mentre all’altra superficie è stato lasciato come grado di libertà la traslazione Y. Successivamente, però, per simulare in maniera più accurata la deformazione radiale a cui può andare incontro il mozzo per effetto della centrifugazione, si è lasciato come unico grado di libertà la traslazione lungo tale direzione. Sotto le stesse condizioni di carico, per queste due condizioni di vincolo si sono ottenute delle tensioni massime equivalenti che differiscono del 17% (358 MPa nel primo caso e 298 MPa nel secondo).

La componente centrifuga inizialmente è stata calcolata in maniera discreta. Tuttavia si è voluto effettuare un calcolo più raffinato assegnando un campo di moto rotazionale alla struttura. I risultati ottenuti in termini di tensione massima equivalente di Von Mises sono poco differenti (390 MPa nel primo caso, 358 MPa nel secondo caso con uno scarto dell’8%) e ciò ha permesso di concludere che le forze centrifughe discretizzate sono state calcolate in maniera accurata.

Le tensioni massime equivalenti ottenute in tutte le simulazioni statiche effettuate sono risultate sempre inferiori alla tensione di snervamento del materiale scelto (acciaio CA6NM): ciò permette di concludere che l’elica studiata non raggiunge mai il campo plastico.

L’esecuzione dell’analisi modale, effettuata sul modello intero dell’elica, ha come scopo quello di verificare che la struttura non vada in risonanza. Le frequenze proprie del sistema sono state valutate sia in presenza che in assenza di vincoli; ciò è stato fatto per vedere quanto questi influiscano sulle frequenze proprie del sistema. Nel caso in cui la struttura risulti vincolata, la prima frequenza propria risulta essere pari a 58.7 Hz ed il modo di vibrare associato è flessionale.

Per verificare se l’ordine di grandezza di questa frequenza fosse giusto si è fatto il confronto con una struttura semplificata equivalente, consistente in una trave incastrata avente la distribuzione di massa che approssima quella di una pala dell’elica. In tal caso la frequenza propria del sistema è pari a 120 Hz. Tale valore si discosta da quello precedentemente esposto; allora si è pensato di confrontare la frequenza propria della trave incastrata con quella di una singola pala. Questa ulteriore verifica è stata fatta in quanto la frequenza di 58.7 Hz è relativa all’intera elica mentre la frequenza di 120 Hz è relativa ad una trave incastrata che simula una sola pala. Pertanto, effettuando l’analisi modale di una singola pala (con condizioni diverse di vincolo e di discretizzazione), si sono ottenute frequenze proprie dello stesso ordine di grandezza di quella del modello semplificato; ciò ha consentito di validare i risultati ottenuti.

Nel caso in cui l’elica non risulti vincolata, la prima frequenza propria non nulla risulta essere pari a 48.6 Hz e ad essa è associato un modo di vibrare flessionale. Tra il caso con vincoli e quello senza, si è registrato uno scarto del 17% sulla prima frequenza propria: tuttavia, in entrambi i casi le prime frequenze sono superiori a quella di eccitazione dell’elica, pari a 30 Hz, escludendo problemi di risonanza. Alla luce di quanto esposto, si può concludere che l’elica studiata ha superato sia la verifica statica che quella modale.

Qui per vedere la relazione completa del progetto.

Per discuterne insieme rimando al post sul forum"Analisi statica e modale di un'elica navale"