FreeCAD-Ship s60 tutorial/es

En este tutorial trabajaremos con un barco de la Serie 60, de la Universidad de Iowa. El tutorial pretende mostrar como trabajar con barcos simétricos monocasco, sin perder generalidad para buques multicasco o buques no simétricos.

Puedes conocer más sobre FreeCAD-Ship aquí

Introducciónn
FreeCAD-Ship trabaja sobre Ship entities, que deben crearse previamente sobre la geometría proporcionada. La geometría puede ser un conjunto de sólidos, pero debe seguir los criterios definidos a continuación:


 * Se debe proveer todo el casco (incluyendo el caso de buques no simétricos).
 * La geometría de estribor debe incluirse en el dominio de las Y negativas.
 * El origen (0,0,0) es la intersección de la Cuaderna maestra y la Línea base.

Criterio de signos de FreeCAD-Ship.

Cargando la geometría del Serie 60
Para ayudar a los nuevos usuarios FreeCAD-Ship incluye un cargador de geometrías de ejemplo.

Icono de la herramienta de cargado de ejemplos.

Ejecutando la herramienta (Diseño de buques/Cargar un ejemplo de geometría de barco) se mostrará un cuadro de diálogo. Selecciona Serie 60 de la Universidad de Iowa y pulsa Aceptar. La herramienta carga un nuevo documento con la geometría s60_IowaUniversity.

Crear instancia del barco
Para crear una Instancia de barco selecciona la geometría s60 y ejecuta la herramienta de creación de barco (Diseño de buques/Crear un nuevo barco).

Icono de la herramienta de creación de barcos.

Se muestra el cuadro de diálogo de la herramienta, y unas anotaciones en la vista 3D. Las anotaciones será eliminadas cuando se cierre la herramienta, así que no te preocupes por ellas.

Se deben dar las dimensiones principales del buque (FreeCAD-Ship emplea un diseño de introducción progresiva de datos, de tal forma que las operaciones más simples se pueden realizar con una cantidad de información relativamente pequeña, y conforme se desee realizar operaciones más complejas se deberá ir introduciendo más información).

Datos relativos al buque.
Los datos relativos al buque que se deben introducir son las dimensiones principales:


 * Eslora: Eslora entre perpendiculares, 25.5 m para este barco.
 * Manga: Manga total del buque, 3.389 m para este barco.
 * Calado: Calado de diseño, 1.0 m para este barco.

Anotaciones sobre la vista frontal.

La eslora entre perpendiculares depende del calado de diseño, por tanto si no se conoce la eslora entre perpendiculares se puede fijar el calado y ajustar la eslora hasta que coincida con la intersección entre la roda (línea tope de la proa) con la flotación.

Anotaciones sobre la vista lateral.

Se puede seguir la misma metodología para proceder con la manga. Conviene darse cuenta que se trata de la manga total, luego se debe considerar el barco completo, aunque la anotación sólo marque el costado de estribor.

Cuando presiones el botón de aceptar el programa creará su nueva entidad llamada Ship en el árbol de Etiquetas & Atributos. No necesitaremos la geometría original en adelante, así que la podemos ocultar.

Icono de las instancias Buque.

A partir de este momento Ship debe estar siempre seleccionado antes de tratar de emplear una herramienta de FreeCAD-Ship.

Plano de formas
FreeCAD-Ship proporciona una herramienta para hacer más sencilla la exportación del plano de formas.

Herramienta de trazado de planos de formas

El plano de formas consiste en un conjunto de secciones del casco que permiten plasmar en un plano estandarizado las formas del mismo. La herramienta requiere el set de cortes a realizar.

Transversal cuts
Usually 21 transversal equi-distance sections between perpendiculars must be performed. in order to do it FreeCAD provides an automatic tool in order to do it, simply select Transversal type of sections, go to Auto create box and set 21 sections, then press Create sections.

Outline draw transversal sections preview

Sections table is filled, and sections preview called OutlineDraw shown. Usually more sections was added at bow and stern, where more complex curvatures are registered, in order to do it go to the end of the table, and do double click at empty item in order to edit it, pressing intro to confirm. Add following sections:


 * X22 = -12.1125 m
 * X23 = 12.1125 m

Depending hull geometry complexity, sections preview can take some time. In order to remove a section, just fill it with an empty text and press enter.

Longitudinal cuts
Two longitudinal cuts must be added, so select Longitudinal type of sections, go to Auto create box and set 2 sections, then press Create sections. Sections table is filled, and sections preview updated.

Water lines
6 Water lines between base line and design draft must be added, so select Water lines type of sections, go to Auto create box and set 5 (Z = 0 m will not be considered, add it manually if you need it) sections, then press Create sections. Sections table is filled, and sections preview updated.

Several additional water lines must be added:
 * Z6 = 1.2 m
 * Z7 = 1.4 m
 * Z8 = 1.6 m
 * Z9 = 1.8 m
 * Z10 = 2.0 m

Perform plot
Select 1:100 scale and press Accept to let the tool to generate the 3D sections in a new object.

Resultant sections.

In order to plot these sections you can use the drawing workbench:

Outline draw plot.

Transversal areas curve
One typical ship design hydrodynamic parameter is the transversal areas curve, that retrieves some indicators about the behaviour of the hull (towing resistance, seakeeping, ...). FreeCAD-Ship provides a simple tool in order to perform transversal areas curve.

Transversal areas curve tool icon.

When tool is executed a task dialog is shown, and free surface prewied is created at 3D view (Free surface preview will be removed when tool finished, so don't worry about them). Into task dialog input and output data is present.

Input data
Draft and trim (Hull y edge rotation angle, positive if stern draft may increase) must be provided. Several areas curves may be performed, depending on ship load situations, but two typical plot should be performed:
 * Design transversal areas curve: Without triming angle and using design draft, 1.0 m in this case.
 * Maximum draft transversal areas curve: Without trimin angle, and maximum draft allowed, 2.0 m in this case.

Output data
Some relevant data is shown at real time:
 * L: Lenght between perpendiculars, value set at ship instance creation.
 * B: Beam selected at ship creation.
 * T: Actual draft amidships.
 * Trim: Trim angle.
 * TAP: After perpendicular draft.
 * TFP: Forward perpendicular draft.
 * Displacement: Ship displacement (salt water considered, divide by 1.025 in order to know displaced volume).
 * XCB: Buoyancy centre point X coordinate (relative to midship section).

When Accept button is pressed a plot is performed (depending on geometry complexity can take some time, you can see progress on terminal, and stop the work pressing Ctrl+C). When the task has finished FreeCAD will generate a Plot (see the plot module documentation) and a SpreadSheet (see the Spreadsheet workbench documentation).

Design draft transversal areas curve.

You can perform maximum draft transversal areas curve in order to see the differences (for instance you are noticing that areas curve is passing through length perpendiculars now).

Hydrostatics
Hydrostatics computation is a critical stage at ship design due to know principal stability hull parameters. Hydrostatics are mandatory data in order to classification societies certificates ship, and joined with loading condition data (weights and gravity position) provides essential data about ship stability. FreeCAD-Ship provides a tool to obtain main hydrostatics curves (GZ curves are considered in other tool).

Hydrostatics tool icon.

When tool is executed a task dialog is shown. Usually Hydrostatics curves are presented for each trim angle, in this tutorial only upright trimming angle will considered (0º), with an interval around every loading condition draft. Since we don't know what loading conditions we can get, we will consider almost draft possibilities (Usually, in order to get as many resolution as possible, naval architects fits the interval to feasible drafts).

So we set following data:
 * Trim = 0 deg
 * Minimum Draft = 0.1 m
 * Maximum Draft = 2.0 m
 * Number of points = 39. A lot of points or really complex geometries imply long computation times, in this case around 1 minute can be expend.

When Accept button is pressed plots are performed (see the plot module documentation) and a spreadsheet is generated (see the Spreadsheet workbench documentation).

Hydrostatics curves.

Continue learning FreeCAD-Ship
Now you are ready to continue learning FreeCAD-Ship, here is the second chapter of Series 60 from Iowa university ship.