Ověření mechanického chování kýlu pomocí MKP analýzy
Stavba plachetnice nebo menší lodi přináší řadu komplikací a problémů, které je potřeba efektivně řešit. Spojení lodního kýlu s trupem lodi je z hlediska funkce plavidla zcela zásadní a představuje poměrně náročnou operaci svařování a vyplňování kýlu vhodnou zátěží. Kýl musí vydržet namáhání v různých podmínkách plavby a nesmí dojít k jeho odpojení od trupu.
3D digitalizace
Vstupní informace pro řešení problému vždy zásadně ovlivňují dosažené výsledky. Proto je velice důležité pracovat s relevantními daty a informacemi, které odpovídají skutečnosti. Pro získání skutečné geometrie kýlu, především v části, která byla deformována nesprávným technologickým postupem při připevnění kýlu k trupu byla použita bezkontaktní optická metoda. Optická digitalizace povrchové geometrie části kýlu v napojení na trup byla provedena 3D skenerem ATOS 1, s měřícím objemem 500mm, díky tomu byly získány data s přesností 0,1mm v rozlišení 2 body na mm.
CAD model
Skenovaná data bylo nutné nejprve upravit v softwaru ATOS, kde byly provedeny základní operace s mrakem skenovaných bodů a byla vytvořena polygonální síť popisující povrch kýlu v místě napojení. Polygonální síť byla poté zpracována v CAD softwaru a na jejím základě byl vytvořen plošný model geometrie zdeformované části kýlu. Spodní část kýlu která již nebyla pro následný výpočet důležitá a tudíž nebyla skenována byla vytvořena dle výkresové dokumentace. Spojením obou částí byl vytvořen kompletní plošný CAD model kýlu se skutečným tvarem zdeformované části napojení.
Metoda MKP
Analýza kýlu byla provedena pomocí metody konečných prvků s využitím softwaru ANSYS. Komponenty kýlu byly modelovány homogenním, izotropním, lineárně pružným kontinuem. Deformační okrajové podmínky vetknutí byly aplikovány na hranách kýlu pro přivaření. Objemové zatížení tíhovým zrychlení, bylo použito na celý model. Dále bylo použito zatížení hmotným bodem doplňující chybějící hmotnost olověného závaží.
Výsledky
Výsledky MKP analýzy jsou prezentovány ve formě barevné mapy ukazující rozložení redukovaných napětí při zatížení kýlu. Je tedy možné identifikovat kritická místa a v těchto poté stanovit bezpečnost vůči předpokládaným mezním stavům. Z realizovaných výpočtových variant a zjištěných hodnot redukovaných napětí vyplývá, že tvarové imperfekce způsobené technologií výroby nemají zásadní vliv a že ztráta stability a náhlé zborcení kýlu nehrozí.