Metodología para el análisis del crecimiento de grietas en estructuras de cascos de buques mediante modelos de previsión de olas marinas

Resumen

Las estructuras navales, como buques y otros artefactos, tienen una vida limitada y empiezan a degradarse desde que entran en servicio debido a procesos de fatiga y fractura. Para gestionar este desgaste, se realizan inspecciones periódicas para determinar la necesidad de acciones correctivas en estructuras agrietadas. Los sistemas de Monitoreo de Salud Estructural (SHM) están diseñados para medir continuamente o monitorear periódicamente componentes agrietados, ayudando a prevenir fallas catastróficas.

Este trabajo presenta una metodología para evaluar la integridad y prognosis de componentes estructurales agrietados en buques mediante una combinación de computación numérica, datos en tiempo real de sistemas SHM sobre el tamaño de la grieta y datos meteo-marinos satelitales. Esta metodología busca planificar operaciones de mantenimiento o reparación en astilleros.

Las cargas marinas en la ruta del buque se obtienen utilizando herramientas de geolocalización y sistemas de información meteo-marinos satelitales. Utilizando el modelo WaveWatch III de NOAA para la predicción de olas y modelos numéricos CFD para el análisis de seakeeping con el espectro de olas futuro, se determina el comportamiento futuro del barco. Las cargas hidrodinámicas y aceleraciones se transfieren a un modelo estructural dinámico basado en el Método de Elementos Finitos para evaluar la respuesta estructural del componente afectado. El estado de esfuerzo y deformación en la zona de la grieta se determina mediante submodelado. Se utiliza el Método de Elementos Finitos Extendido (XFEM) para analizar la fatiga de la grieta y estimar su vida útil restante, basado en modelos de crecimiento de fractura. La geometría y el crecimiento del componente con anomalías se monitorean en tiempo real mediante un sistema remoto instalado en la grieta.