Influência dos defeitos geométricos existentes no casco estrutural de um submarino na profundidade máxima de operação

Abstract

Os primeiros submarinos foram projetados e construídos com intuito de se obter vantagens estratégicas nos conflitos entre nações, tornando-se após a Segunda Guerra Mundial o meio de ataque e defesa com melhor razão custo/benefício. Por ter raio de ação e operação praticamente ilimitados, os submarinos com Propulsão Nuclear representam grande poder de defesa e dissuasão das poucas nações que os possuem. Considerando que mais de 90% do nosso petróleo é extraído do mar e que mais de 95% do comércio exterior é transportado por via marítima, um submarino com tais características torna-se essencial para defesa e garantia da soberania do país. Diante dos aspectos estratégicos e tecnológicos, o Brasil desde 2012 possui um programa para desenvolvimento e construção de uma unidade com propulsão nuclear. Por operar em grandes profundidades e por longos períodos de tempo, esse tipo de submarino necessita de adequada resistência estrutural para suportar altas pressões impostas pelo ambiente. Face ao exposto, esse trabalho tem o intuito de verificar as pressões críticas relacionadas aos modos de falha atuantes ao qual a estrutura estará sujeita durante operação em imersão. Da mesma forma, pretende-se caracterizar a influência dos defeitos geométricos de fabricação impostos pelos processos de construção dos cascos resistentes. Para tal, faz-se o uso de equações analíticas disponíveis na literatura, assim como simulação numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos de arranjos estruturais comuns a estas estruturas em diferentes profundidades de operação. Os defeitos geométricos induzidos pelos processos de fabricação tendem a comprometer consideravelmente a resistência estrutural do casco podendo, eventualmente, reduzir em mais de 50% sua capacidade de imersão, sendo assim de fundamental importância sua caracterização.

The first submarines were designed and built with purpose of obtain strategic advantages in the conflict between nations, becoming after World War II the means of attack and defense with best cost / benefit ratio. By having action ray and operation practically unlimited, the submarines with nuclear propulsion represent a major power of defense and deterrence of the few nations that have them. Considering that over of 90% of our oil is extracted from the sea and more that 95% of foreign trade is transported by sea, a submarine with these characteristics it is essential to defense and assurance of country's sovereignty. Given the strategic and technological aspects, the Brazil since 2012 has a program to development and construction of a unit with nuclear propulsion. By operating at great depths and for long periods of time, this kind of submarine requires adequate structural strength to withstand the high pressures imposed by the ambient. Given the above, this work aims to verify the critical pressures related to failure modes active to which the structure will be subject during operating in immersion. Similarly, we intend to characterize the effect of manufacturing defects imposed by the processes of construction of hulls for structural strength resistant hull. To this end, it is the use of analytical equations available in the literature, as well as numerical simulation using Finite Element Method of common structural arrangements of these structures in different operating depths. Geometric defects induced by manufacture processes tend to compromise considerably the structural strength of the hull may, possibly, reduce by more than 50% immersing capacity, thus being of fundamental importance characterization.