soultrain escreveu:LeandroGCard escreveu:soultrain escreveu:LeandroGCard escreveu:Pessoal,
Já discuti isto antes no fórum e volto a informar, a profundidade de mergulho de um sub (seja considerada a de segurança ou máxima, tanto faz) não é definida prioritariamente pelo limite de resistência do material do casco, e sim pela sua rigidez, que varia muito pouco de uma liga para a outra. Outro fator que influencia bastante é o desenho dos reforços internos, que tem melhorado muito nos últimos anos com o uso de programas FEM, daí o aumento que se observou nas profundidades máximas dos projetos mais novos.
Eu sei ce um contra-senso (também me pareceu a princípio quando estudei isto na pós-graduação), mas é o que ocorre, devido ao fato de que a falha do casco de submarinos causada pela pressão externa é dominada pela flambagem, e não pelo escoamento ou ruptura do material. O fato é que o casco falha muito antes dos esforços em suas seções atingirem tensões realmente perigosas.
Assim, as tentativas como mostradas acima de estimar a profundidade máxima de um submarino baseando-se nas propriedades do material do casco e no desempenho de um outro projeto conhecido simplesmente não são viáveis.
Alguém poderia perguntar então porque se utilizam ligas mais resistentes nos projetos mais elaborados, e a resposta é que diversos componentes estruturais do sub, como encaixes de escotilhas, casco externo (que não sofre pressão), vela, lemes, e principalmente as anteparas (que separam as seções resistentes do casco), são dimensionados para trabalhar no limite de resistência do material na profundidade máxima de mergulho definida pelo projeto do casco. Assim, o uso de materiais mais resistentes afeta pouco a profundidade de mergulho mas economiza muito peso e algum espaço interno, que são aproveitados para embarcar mais sistemas, armamento ou baterias.
Resumindo, aços mais resistentes não implicam em submarinos que vão mais fundo, mas impactam sim no desempenho geral dos sub's em outros aspectos.
Espero ter ajudado a clarear as idéias sobre este ponto.
Abraços à todos,
Leandro G. Card
Leandro,
Obrigado pela explicação, mas tenho uma duvida:
Estes aços (High Strength Low Alloy) têm propriedades de resistência a pressões e a temperaturas muito diferentes de ligas de aço carbónico. De uma maneira simples a sua dureza é bem menor, mas a sua resistência é muito maior e isso é muito importante num submarino.
Quanto menor a sua dureza e maior a sua resistência, mais fino pode ser o casco o que "facilita" a soldadura. A soldadura é o ponto de descontinuidade do casco e das coisas mais importantes para manter a integridade em profundidade.
Então é muito importante o aço do casco de pressão, certo?
Para quem tem dificuldade me compreender o que é o casco de pressão:
O casco de pressão é geralmente um cilindro, onde se situa a parte habitável do sub, as máquinas, as baterias, armamento e maioria do equipamento. O que nós vemos no exterior é como uma carroçaria de um carro, envolve o tal casco que garante a manutenção de um intervalo de pressão constante em qualquer profundidade de operação.
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Olá Soultrain,
O ponto importante no projeto do casco de pressão é justamente o tipo de falha que ele sofre quando a profundidade limite de mergulho é atingida, pois o tipo de falha é que define como as estruturas são projetadas. E no caso dos cascos de submarino esta falha (especificamente a causada pela pressão externa) é por flambagem, e não por tensão excessiva do material.
E o mecanismo de falha por flamgagem é dominado pela rigidez (E) do material e pela geometria da estrutura, o limite de resistência Sigma (que em alguns aços tem relação direta com a dureza, mas não em todos) nem sequer entra no cálculo! É por isto que a simples comparação dos limites de resistência dos aços utilizados no casco não diz muita coisa sobre as profundidades de mergulho possíveis de para um projeto de sub para o outro.
Agora, a resistência do aço empregado é importante por outros motivos. Por exemplo, o casco de pressão que você citou na verdade não é contínuo, e sim dividido em segmentos separados por anteparas (um sub típico terá de três a seis anteparas, ou até mais). Cada uma destas anteparas é projetada para ser extremamente rígida (isto é muito importante, pois afeta a flambagem de cada segmento do casco de pressão), e o critério de projeto delas inclui aí sim a resistência do aço, que neste caso é fundamental. Uma liga mais resistente nas anteparas pode economizar muitas toneladas de peso, que podem ser aproveitadas para a instalação de mais baterias, equipamentos, etc... . Vários outros componentes do sub (que eu já citei, como escotilhas, ductos, etc...) também são projetados para a resistência à tensão, e novamente o material é fundamental. Como não se costuma utilizar materiais diferentes para estes componentes e para o casco (sei que isto pode levar a problemas na soldagem por exemplo, mas aí já não é realmente a minha área), o material acaba sim por influenciar a qualidade final do projeto do sub.
Mas é importante manter em mente que quando anteparas e outros componentes são projetados, o casco de pressão já está dimensionado e a profundidade máxima de mergulho definida, e que apenas o critério de flambagem foi utilizado para isto. Assim, o casco não pode ser mais fino porque a limite de resistência do aço utilizado é maior, apenas se a rigidez dele o fôsse, e está varia muito pouco de liga para liga.
Resumindo, uma liga de aço mais forte realmente pode levar a um projeto de submarino melhor, mas não por aumentar a sua profundidade de mergulho e sim por melhorar a relação peso/volume total do sub ao minimizar o peso de diversos componentes da estrutura. Um material com rigidez diferente (como o titânio) sim, pode mudar muito a profundidade de mergulho, mas os aços de alta resistência tem rigidez bem próxima à dos aços-carbono comuns.
Quanto ao ponto da solda ela é muito importante, não só por levar a descontinuidades no casco mas talvez mais até por induzir deformações por dilatação que deixam o casco oval, e isto é uma mudança geométrica da estrutura que afeta bastante a flambagem e consequentemente a profundidade de mergulho. É por isso que a faina de cortar o casco para manutenção e soldá-lo de novo depois é tão crítica, pois fazer isto sem induzir ovalizações é muito difícil.
Um grande abraço,
Leandro G. Card
Leandro,
Concordo com a sua explicação, mas discordo da sua conclusão. A flambagem (imagine o casco a assumir a forma de uma banana) penso que depende da estrutura, mas depende ainda mais das características do material que "cobre" essa estrutura, de maneira a acompanhar essa deformação e mesmo assim continuar a resistir a pressões elevadas em outros eixos.
O casco é construido com uniões de anéis, quanto maior a espessura do metal mais difícil é fazer a soldadura perfeita.
Um abraço.
Olá Soutrain,
Na verdade os segmentos do casco não flambam no sentido longitudinal formando uma "banana", e sim no transversal (ou circunferencial), formando algo como uma " carambola" (não sei se conhece esta fruta), ou uma " tangerina descascada". No momento em que isto ocorre as nervuras internas também colapsam, e a falha é imediata e catastrófica. E devo acrescentar que em estruturas navais (principalmente subs) as chapas do revestimento do casco trabalham, elas são parte da estrutura e não só revestimento.
No cálculo de falha por este critério o parâmetro de material que entra é a rigidez, e não a resistência ao escoamento ou à ruptura. Na verdade, quando se calculam as tensões para a carga crítica de flambagem (a que causa o colapso do casco de pressão) verifica-se que elas estão muito abaixo do limite de escoamento do material (este foi um dos exercícios do meu curso de estruturas submarinas; no meu caso as tensões não chegavam nem a 1/3 do limite de escoamento do aço que eu usei, e a estrutura já falhava for flambagem!).
Se forem desenvolvidos aços com rigidez diferente da usual (205 a 207 GPa) então isto fará a maior diferença, mas não conheço nenhuma liga de aço que tenha valores de rigidez muito diferentes disso. Assim, as espessuras das paredes são sempre muito mais grossas do que o necessário para suportar as tensões no casco. É claro que isto prejudica a solda, e nos cálculos existe um fator para levar em consideração a perda de resistência nas linhas de soldagem, mas as soldas são consideradas bem-feitas e este fator é pequeno. Claro que aí vai do estaleiro conseguir fazer estas "soldas bem-feitas", por isto não se sai por aí construindo cascos de submarinos em qualquer lugar, mas isto não tem nada a ver com o projeto em si.
Abraços,
Leandro G. Card
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