Verificación del análisis de mamparos estampados: estudio sobre pruebas a gran escala de mamparos estampados y reforzados con bulbo

Las placas de acero delgadas con refuerzos soldados se usan ampliamente en estructuras de barcos donde es importante una alta relación resistencia-peso. En la construcción convencional de mamparos en los EE. UU., se utilizan ampliamente refuerzos de bulbo, ángulo o T. Recientemente, General Dynamics NASSCO (GD NASSCO) estudió el uso de mamparos estampados como componentes que no soportan carga para reducir el costo total del diseño, la construcción y el mantenimiento del ciclo de vida del barco. Para investigar su aplicación como componentes estructurales de soporte de carga, es necesario realizar estudios experimentales y analíticos para poder desarrollar pautas de diseño. En la Fase 1 de este proyecto de investigación para desarrollar dichas pautas de diseño, se realizó una prueba experimental a gran escala.
Marinette Marine Corporation fabricó seis juegos de mamparos, tres de acero (DH36) y tres de aluminio (A5083-H116), para un total de 12 especímenes a gran escala y los envió a UCSD para su prueba. Cada juego incluía un mamparo reforzado con bulbo convencional y un mamparo estampado. Los mamparos reforzados con bulbo de acero fueron diseñados por GD NASSCO en base a las normas ABS (American Bureau of Shipping), mientras que los mamparos estampados se diseñaron de tal manera que el momento de inercia (Ixx) sobre el eje débil era el mismo que el de los mamparos reforzados con bulbo. Se aplicó un enfoque similar para diseñar los mamparos reforzados y estampados con bulbo de aluminio, asegurándose de que tuvieran el mismo Ixx.
Un juego de especímenes de acero y un juego de aluminio fueron probados hasta falla en compresión vertical. Los especímenes de acero primero experimentaron el pandeo de la placa, seguido por el pandeo general inducido por la placa cuando se alcanzó la carga máxima. Los especímenes de acero mostraron una diferencia del 16 % en la rigidez axial elástica, y el espécimen estampado tenía una resistencia a la compresión un 36 % mayor que el del bulbo. Los especímenes de aluminio también mostraron una diferencia del 12 % en la rigidez elástica, pero el mamparo estampado mostró un aumento del 63 % en la resistencia máxima en comparación con el bulbo rígido. Las pruebas también mostraron que el tropiezo del refuerzo como resultado de la baja rigidez torsional de los refuerzos del bulbo provocó una reducción drástica (pérdida del 60 %) de la resistencia al pandearse en el mamparo.
Un juego de especímenes de aluminio se ensayó hasta fallar bajo carga lateral (corte). El espécimen reforzado con bulbo falló debido a que el refuerzo se disparó en la zona de compresión. El mamparo estampado falló prematuramente debido a una falla en la soldadura y, por lo tanto, no se pudo comparar la resistencia máxima. Pero la rigidez elástica del mamparo estampado fue un 11% mayor que la del mamparo reforzado con bulbo.
Se ensayaron un juego de probetas de acero y un juego de aluminio a un nivel de carga bajo para evaluar la rigidez elástica fuera del plano. Las pruebas mostraron que los mamparos estampados tenían una rigidez elástica aproximadamente un 17 % más alta que los mamparos reforzados con bulbo.
El objetivo de la Fase III fue evaluar los efectos de la apertura del orificio y la fijación del gabinete sobre la resistencia al corte y la rigidez de los paneles estampados de acero. Se llevaron a cabo pruebas de corte monotónicas con trasiego en tres especímenes a escala real. Los resultados mostraron que, como se esperaba, las aberturas de los orificios disminuyeron tanto la resistencia lateral máxima como la rigidez elástica de los paneles estampados. La instalación de un gabinete eléctrico tuvo un efecto mínimo sobre la resistencia lateral y la rigidez, aunque la tasa de degradación de la resistencia en la región posterior al pandeo fue más gradual. Una comparación de los resultados de la prueba en esta fase con un espécimen en la Fase II mostró que la resistencia lateral última puede verse significativamente afectada por la dirección del pandeo y el límite elástico real del acero; Se necesita más investigación, incluido el estudio paramétrico de elementos finitos no lineales, para confirmar esta postulación.