FreeCAD-Ship s60 tutorial (II)/it

TRADUZIONE PROVVISORIA

Prima di iniziare questo tutorial si prega di eseguire il primo tutorial.

Potete trovare altre informazioni nella pagina FreeCAD-Ship

Introduzione
In questo tutorial lavoreremo con i pesi e i serbatoi al fine di calcolare la curva di GZ che è il più importante parametro di stabilità idrostatica. GZ è il momento statico generato quando la nave assume un angolo di rollio (angolo di inclinazione trasversale o di sbandamento). Naturalmente, se il braccio di stabilità GZ è positivo la nave ha un momento positivo e cercherà di recuperare la posizione eretta, ma quando il braccio di stabilità GZ assume valori negativi la nave non ha più stabilità e raggiunge una situazione critica.

IMO (International Maritime Organization) ha impostato seguenti criteri:


 * GM >= 0.15 m. GM (altezza metacentrica) è la tangente iniziale della curva di GZ
 * Maximum GZ il massimo braccio di stabilità GZ deve registrarsi a un angolo di sbandamento superiore a 30°
 * Con un angolo di rollio di 30 gradi, il braccio di stabilità GZ deve essere almeno di 0,20 m
 * L’area sotto la curva del braccio di stabilità (curva GZ) non deve essere inferiore a 0,09 metri-radianti fino a un angolo di rollio di 40°
 * L’area sotto la curva del braccio di stabilità (curva GZ) non deve essere inferiore a 0,055 metri-radianti fino a un angolo di sbandamento di 30°
 * L’area sotto la curva del braccio di stabilità (curva GZ) non deve essere inferiore a 0,03 metri-radianti fra gli angoli di sbandamento di 30 ° e 40 ° o fra 30 ° e l’angolo di allagamento, se tale angolo è minore di 40°

In questo tutorial distribuiremo i pesi e i serbatoi della nostra barca della serie 60 in modo irreale.

Pesi della nave
Per essere in grado di calcolare la curva di GZ è necessario conoscere il peso della nave, e la posizione del centro di gravità per ogni angolo di sbandamento. Per questo i pesi possono essere suddivisi in due categorie:


 * Pesi fissi che si muovono congiuntamente con la nave.
 * Serbatoi, con all'interno del liquido che cambia la sua forma spostando il centro di gravità che deve essere ricalcolato secondo l'angolo di rollio.

FreeCAD-Ship offre due diversi strumenti per generare ogniuna delle istanze.

Icona dello strumento per la definizione dei pesi.

Lo strumento di definizione dei pesi può essere utilizzato per definire i pesi della prima categoria (fissi). Quando si avvia lo strumento per la prima volta (con una istanza di nave selezionata), FreeCAD-Ship inizializza i pesi della nave con Lightweight (un peso leggero, pari al dislocamento) che viene inserito nel centro di gravità della geometria della nave per la coordinata X, e all' altezza della immersione di progetto. Di solito si hanno almeno 2 pesi rilevanti:


 * Struttura.
 * Motore (o più di uno).

Facendo doppio click su ogni cella si può modificare il loro valore. Impostare questi pesi:


 * Structure, 15000 kg, (-0.1, 0, 1.25) m
 * Starboard engine, 5000 kg, (-6.5, -0.65, 0.5) m
 * Port side engine, 5000 kg, (-6.5, 0.65, 0.5) m
 * Emergency engine, 2500 kg, (0.2, 0, 2.5) m

Anteprima 3D della vista dei pesi.

Le posizioni dei pesi sono mostrate nella vista 3D. Queste annotazioni vengono rimosse quando lo strumento viene chiuso. Quando si preme OK i pesi vengono archiviati nella istanza nave.

Serbatoi
I serbatoi devono essere creati su di una geometria solida, come per il modello della nave, quindi cominciamo creando due geometrie solide a prua (uno per lato della nave) che poi convertiremo in istanze Tank (serbatio)  (normalmente le navi hanno un sacco di serbatoi per carburante, acqua dolce, salata acqua, carico, ecc).

Geometry generation
In order to generate tanks we load Part module, and create a box solid.

We need to edit the box, so we select it at Atributes and tags tree, and change from view to data tab. Uncollapse Placement, and into them Position, and set x to 1.5, and z to -1. We want to change box lenght too changing it for 5.0 (note that units can be in mm, don't take care about this).

Tank geometry will be common part of created box and ship geometry, so we can hide Ship instance, and show s60_IowaUniversity geometry. Selecting box and s60_IowaUniversity we can use Common operation generating our starboard tank geometry.

Generated tank geometry.

We can perform port side tank selecting our starboard geometry and executing mirror tool, selecting XZ as mirror plane.

In order to convert geometry into a ussual solid shape our tanks, and recover our s60_IowaUniversity geometry, we can load Draft module, and with starboard tank geometry selected execute Upgrade, and repeat with port side tank geometry. We can rename geometries as:


 * StarboardTankGeom
 * PortTankGeom

We can delete created Box, that we don't need anymore.

Tank intances generation
If reload FreeCAD-Ship module another time, we can find tank instances generator tool.

Tank instance generation tool icon.

Now we can select StarboardTankGeom and execute tank instnace generation tool, where some data must be provided. We will set 40% of filling level, and 925 kg/m$$\mathrm{m}^{3}$$ (fuel approach). When Accept is clicked a new tank instance called Tank is generated. We can rename it as StarboardTank, and hide StarboardTankGeom.

We can repeat the same process in order to generate PortTank.

View of generated weights.

Figure shown our ship result that we will compute.

GZ curve computation
FreeCAD-Ship provide a tool to compute easily GZ curve.

GZ curve computation tool icon.

With Ship instance selected, we can run the tool. The first thing that we can see at opened dialog is a list with all tank instances found at active document. We want to use both of them, so we click over the tanks that are remarked with a diferent background.

In order to know the resultant ship displacement and draft we can press Update displacement and draft, taking some time for the computation. We receive following data:


 * Displacement = 37505.5 kg
 * Draft = 0.818664 m

So we are in a unloaded situation, where draft are sightly lower than design draft. Ussually lower drafts imply lower ship stability, the draft depends on loading condition, so if we really expect than ship can be operated in this loading condition we can consider implement ballast tanks.

We can also automatically compute ship trim, operation that can take around one minute, retrieving that our ship have 0.95 degrees of trim angle (positive by stern). In this example we will work without trim angle (0 degrees).

Tool request roll angles considered too. In this case we want to know all ship behaviour, so we can set:


 * 0 degrees starting roll angle.
 * 180 degrees ending roll angle.
 * 46 points. One for each 2 degrees. GZ computation can take some time, so take care about the number of points requested.

When we press Accept tool starts the computation. If you runs FreeCAD from terminal you can see work progress. In a couple of seconds we will receive GZ curve.

This tool use pyxplot and ghostscript too. You can see where gz.dat output file has been placed at the report view (View/Views/Report view), and load it with datasheet software (for example libreOffice). Nearby data file several auxiliary files has been created too:


 * gz.dat: Computed GZ curve data.
 * gz.pyxplot: pyxplot layout in order to plot the curve.
 * gz.eps: EPS image version.
 * gz.png: PNG image version.

This files will be overwritten if you executes the tool another time.

Results
Resultant GZ curve.

GZ maximum value is placed over 30 degrees (45 degrees), getting 0.25 m at 30 degrees (0.2 m is the minimum). Up to 30 degrees the area below GZ curve is 0.065 m·rad, up to 40 degrees we have 0.092 m·rad, being the area between 30 and 40 degrees of 0.027 m·rad. So our ship don't meets the IMO requeriments. The solution is place ballast tanks.

At the other hand the ship, in this bad condition, has positive GZ values up to 95 degrees roll angle, but has not been enoguht for IMO stability requirements, showing the hard cirteria imposed about this item.

Of course this example is not real (first for all fuel tanks cannot be placed in the double bottom structure, or using hull side as structure), but is a good example in order to learn to use FreeCAD-Ship.