Nonlinear Wave Effects and Spectral Fatigue Analysis of Marine Structures

In questa memoria le tecniche di analisi messe a punto per lo studio della fatica in campo navale vengono estese alle strutture off-shore. La trattazione delle non-linearità della risposta tensionale ai carichi d’onda viene approfondita, mettendone in risalto le peculiarità, con riferimento ad un particolare dettaglio strutturale. Viene così messo in evidenza come lo scostamento dalla linearità è tanto più accentuato quanto più si è vicini alla frequenza di picco (che si può valutare nelle funzioni di risposta) e quanto maggiore è l’altezza dell’onda elementare eccitante. Il metodo di indagine per lo studio dell’azione del mare sulle strutture, sia in temini di moti che di tensioni, è peraltro basato sulla teoria delle trasformazioni stocastiche lineari ovvero sul metodo spettrale. Come noto, tale metodo ipotizza che la singola causa eccitante, ossia l’onda elementare componente il mare confuso, generi sullo scafo un effetto di intensità proporzionale alla sua altezza. Lo studio condotto mette in evidenza come gli effetti delle non-linearità siano particolarmente significativi per alcune zone delle strutture marine. Tipico è ad esempio il caso di quelle zone interessate alternativamente dai battenti d’onda (effetto “wet and dry”) per le quali lo scenario di carico è alquanto diverso a seconda della posizione dell’onda. Un’altra possibile situazione di accentuata non-linearità nella risposta tensionale si viene ad avere quando si considerano le strutture tubolari di piattaforme off-shore, per le quali le forze di resistenza, che possono essere predominanti nella risposta all’azione ondosa, notoriamente non hanno un rapporto lineare con l’altezza dell’onda correlata. Le modalità con cui trattare le non-linearità della risposta tensionale nel calcolo della vita a fatica (expected fatigue life) di un particolare strutturale vengono illustrate con un approfondito esempio numerico che ne mette in evidenza ogni passaggio.