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ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA

Vol. 20

(2003)

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ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN CATAMARÁN DE
MATERIALES COMPUESTOS
M. Salas; R. Luco y R. Ojeda

Instituto de Ciencias Navales y Marítimas
Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Universidad Austral de Chile

Casilla 567, Valdivia, Chile.
Resumen. El presente trabajo presenta el análisis estructural mediante el método de elementos finitos de uncatamarán construido de materiales compuestos dispuestos en paneles sándwich. Las propiedades mecánicas de
los materiales compuestos son obtenidas mediante experimentación y comparación con métodos teóricos
disponibles. Cargas de olas son aplicadas al modelo obteniéndose distribuciones de esfuerzos en el material y
zonas de concentración de tensiones.
Abstract. This paper presents the finiteelement structural analysis of a catamaran built of composite material
sandwich panels. Mechanical properties of composite materials are obtained through experimentation and
comparison with available theoretical methods. Wave loads are applied in order to obtain stress distributions and
to identify highly stressed areas.

1. INTRODUCCIÓN
Los materiales compuestos aplicados a estructuras
navales hanexperimentado un notable desarrollo
tecnológico en años recientes. Hoy en día es común
su aplicación en embarcaciones deportivas,
recreativas y de uso militar. La favorable relación
peso/resistencia-estructural hacen de los materiales
compuestos una alternativa cada vez más atractiva
cuando se requiere un casco de bajo peso y capaz
de soportar cargas rigurosas del medio marino.
Aún cuando lasaplicaciones de materiales
compuestos a estructuras navales son crecientes
esto no significa que se cuente con un conocimiento
acabado de las propiedades y comportamiento de
dichos materiales. Típicamente deberán obtenerse
las propiedades mecánicas por medio de la
experimentación y teniendo en cuenta factores
variables tales como contenido de resina en el
laminado, orientación de las fibras de refuerzo,material y densidad del material núcleo usado en el
sándwich.

proceso de laminado fue manual en un 40% y al
vacío en un 60%, realizándose los controles de
calidad correspondientes a fin de eliminar zonas de
baja impregnación de resina.
La nave utilizada para desarrollar este trabajo,
corresponde a un diseño de Crowther Multihulls
(Australia) y fue construida en Astilleros Alwoplast
Ltda. (Chile).Las características principales de la
embarcación son:
Eslora Total:
Manga Máxima:
Puntal de Diseño:
Calado:
Desplazamiento:

16.76 m
6.00 m
2.40 m
0.80 m
18.00 ton

La figura 1 muestra el arreglo general del
catamarán

XX

RAYTHEON

2. LA EMBARCACIÓN EN ESTUDIO
La embarcación fue construida con sistema
sándwich, es decir dos capas de material laminado,
una exterior y una interior, y un núcleo, eneste caso
espuma de PVC. Las capas laminadas están
constituidas de diferentes tipos de tejido de vidrio,
especialmente
unidireccionales, biaxiales y
triaxiales. La fibra de vidrio fue aplicada en una
matriz de resina vinylester hasta alcanzar espesores
de diseño para las diversas regiones del casco. El

Fig. 1. Arreglo General del Catamarán

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ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA

Vol. 20(2003)

3. PROPIEDADES MECÁNICAS
Un aspecto clave en el Análisis Mediante el Método de
Elementos Finitos de una embarcación construida de
materiales compuestos es la determinación de las
propiedades mecánicas del material. En general las
propiedades mecánicas de los materiales compuestos
no están disponibles en la literatura técnica. En efecto,
los materiales constituyentes, básicamente resina y
fibrade vidrio, pueden combinarse en una infinidad de
maneras diferentes, no solo es variable la relación
resina/vidrio, conocida como el contenido de vidrio,
también la orientación de las fibras puede disponerse a
voluntad según la dirección de las cargas principales.
Existen algunos métodos teóricos disponibles para
estimar las propiedades mecánicas de los materiales
compuestos [1-3], sin embargo...