Project Proposal

116 Pages·2015·3.01 MB·English

MaRSoft - Automated Yacht Mast and Rigging System
Design and Analysis
Dylan Soares de Melo
Thesis to obtain the Master of Science Degree in
Naval Architecture and Marine Engineering
Examination Committee
Chairperson: Prof. Carlos Guedes Soares
Supervisor: Prof. Yordan Ivanov Garbatov
Members of Committee: Dr. Leigh Sutherland
November 2015

Declaração
Eu Dylan Soares de Melo, aluno do Instituto Superior Técnico no ist179365, autor da dissertação
para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Arquitetura Naval com o título MaRSoft: Auto-
matic Yacht Mast and Rigging System Design and Analysis concedo ao Instituto Superior Técnico
uma licença perpétua, mas não exclusiva, para utilizar esta dissertação para fins de ensino ou inves-
tigação e autorizo-o a inseri-la, bem como ao seu resumo alargado, em formato pdf, na sua página
da internet, com endereço www.tecnico.ulisboa.pt de modo a permitir a sua divulgação junto de todos
os que acedam àquela página, e, com o mesmo propósito de divulgação, a responder favoravelmente
aos pedidos de instituições de ensino ou de investigação e Centros de Documentação ou Bibliotecas,
remetendo-lhes aqueles mesmos ficheiros em formato pdf, mas fazendo uma expressa menção, seja
na sua página na internet seja quando da remessa atrás referida, à obrigação de quem assim aceda
àquelaminhadissertaçãoerespectivoresumoalargadoemsalvaguardarosmeusdireitosdeautorso-
breestesdocumentos,quemesãoconferidospeloCódigodoDireitodeAutoredosDireitosConexos.
Lisboa,a23deNovembrode2015
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Acknowledgements
Firstandforemost,IwouldliketoexpressmygratitudetoProfessorYordanIvanovGarbatovforhispro-
foundinsightandcomprehensionintothethesistopicpresented. Hiscommittedpresenceandgenuine
interest to discuss and develop the topic, as well as his attention to significant details has made the
submissionofthisthesispossible.
I would also like to extend my sincere appreciation to all my professors, and fellow students who have
made the pursuing of a Master’s Degree at the Instituto Superior Técnico a memorable and extremely
valuableexperience.
Finally,averyspecialanddeepgratitudetomyparents,CherylandVasco,andmywifeCatherineforall
theirloveandsupportandtowhomthisthesisisdedicated.
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Abstract
Thestructuraldesignofayachtmastandriggingsystemhasbeenafascinatingandchallengingsubject
for many centuries and nowadays even more so with the availability of advanced orthotropic materials
and the need for the ever increasing geometry of modern pleasure and racing yachts to be lighter and
stronger.
While structural dynamics are explicitly considered in the design of hull and deck scantlings, it is sur-
prising to find that empiricism and traditional analytical computation is still widely adopted in mast and
riggingsystemdesignatthispresenttime. Thedesigntoolsrequiredtocarryoutsuchexplicitanalyses
areavailablethroughcommercialnumericalsoftware,andwithbasicprogramming,efficientdesignspe-
cifictoolscanbedeveloped.
The objective of this thesis is to develop MaRSoft, an automated parametric yacht mast and rigging
systemdesigntoolutilisingcommerciallyavailablesoftware,wherebymultiplemastandriggingsystem
configurationsoffinite-elementmodelscanbedesigned,tunedandstructurallyanalysed. Theseconfig-
urations of finite-element models are to be extended to handle tension-only cable elements, as well as
compositeorthotropicmaterials,andaretobeanalysedutilisingstaticnon-linearfiniteelementanalysis
techniques. Theobtainedresultsaretobewellstructuredforefficientpost-processing,makingforclear
differentiationofthespecifiedmastandriggingsystemconfigurations. Bycomparingtheseresults,one
candeterminewhichconfigurationbestsuitsthedesignersrequirements,andconsolidateavastamount
ofdesigninputforfurtherdetailedengineering.
Keywords
Mast and Rigging System Design, Parametric Design Tool, Finite Element Method, Static Non-linear
Analysis,OrthotropicMaterial,CompositeMaterial.
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Resumo
O design estrutural de um mastro de um iate tem sido durante muitos séculos, um assunto fascinante
e bastante desafiador, e nos dias de hoje ainda mais, com a disponibilidade de materiais ortotrópicos
avançados,asemprecrescentegeometria,eumanecessidadedeprazermodernodecorridasdeiates
quesequeremmaislevesemaisfortes.
Enquanto a dinâmica estrutural é explicitamente respeitada no design do casco e nos escantilhões de
convés, é confuso perceber que o empirismo e a computação analítica tradicional ainda são ampla-
mente adoptados nos dias de hoje no design do mastro e no equipamento do sistema de amarração.
As ferramentas de design necessárias para realizar tais análises explícitas estão disponíveis através
do software numérico comercial e, com a programação básica, podem ser desenvolvidas ferramentas
específicasdedesigneficientes.
OobjetivodestateseédesenvolveroMaRSoft,umaferramentadedesigndeparametrizaçãoautomati-
zadademastrosdeiatesesistemasdeamarração,utilizandoumsoftwarecomercialmentedisponível,
pelo qual múltiplos mastros e configurações de sistemas de amarração dos modelos de elementos-
finitospodemserprojectados,afinadoseestruturalmenteanalisados. Estasconfigurações,demodelos
de elementos-finitos, são para ser utilizadas também com componentes de cabos de tensão, bem
como materiais compósitos ortotrópicos, e para serem analisados utilizando técnicas de análise de
elementos-finitosnãolinearesestáticos. Osresultadosobtidosdevemserbemestruturadosparaoum
pós-processoeficiente,fazendoumadiferenciaçãoclaradasconfiguraçõesespecíficasdomastroedo
sistema de amarração. Comparando esses resultados, pode-se então determinar qual a melhor con-
figuração que se adapta às necessidades do designer, e consolidar uma grande quantidade de dados
quevãosendointroduzidosnoprojectoeobter-seumaaengenhariamaisdetalhada.
PalavrasChave
Mastro de um Iate, Ferramenta de Design de Parametrização, Elementos-Finitos não Lineares Estáti-
cos,MateriaisOrtotrópicos,MateriaisCompósitos.
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