Ottimizzazione delle laminazioni dello scafo e progettazione di una vela rigida per un catamarano da regata di 40 piedi

The object of this thesis is the structural analysis of a 40 ft racing catamaran, a type of boat achieving a lot of success in these recent years, thanks to the wide employment of well advanced engineering technology and materials. The first step of the work refers to the hull of the catamaran, for which a finite element model has been worked out in order to study the behaviour of the structure under different sailing conditions, able to define the composite material laminations suitable to grant the structural integrity within a set weight limit. The second step of the thesis is to implement the performance of the catamaran by replacing the traditional sail plan with a wing sail, of which the project analysis has been performed. Starting with a performance increase, an aerodynamic study has been worked out to define the load distribution acting on a finite element model of the structure, whose analysis have been performed to work out the laminations of the composite materials. The main pourpose of this second step is the definition of an engineering analysing method that starting from the aerodynamic study ends up with structural considerations suitable to be implemented within an optimization loop able to define the structural setting of the wing sail.

Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio strutturale di un catamarano da regata di 40 piedi, una tipologia di imbarcazione che negli ultimi anni sta riscuotendo grande successo grazie alle prestazioni in grado di raggiungere, frutto di un largo uso di tecnologie e materiali all’avanguardia in campo ingegneristico. La prima fase del lavoro svolto riguarda gli scafi del catamarano, di cui si è definito un modello ad elementi finiti molto dettagliato allo scopo di studiare il comportamento della struttura in diverse condizioni di navigazione in modo da definire le laminazioni di materiale composito necessarie a garantire l’integrità strutturale rientrando in un limite di peso prefissato. Nella seconda fase si è voluto incrementare le prestazioni del catamarano sostituendo la velatura tradizionale con una vela rigida, di cui si è affrontata la fase di progettazione. A partire da un incremento prestazionale si è affrontato uno studio aerodinamico il quale ha portato alla definizione dei carichi agenti, che sono stati applicati ad un modello strutturale ad elementi finiti allo scopo di definire le laminazioni di materiale composito necessarie alla struttura. Lo scopo principale di quest’ultima fase riguarda la definizione di un metodo di analisi ingegneristico che parta dallo studio aerodinamico e termini con uno studio strutturale tale da poter essere implementato in un ciclo di ottimizzazione valido per il dimensionamento di una vela rigida.