Predicting and controlling the stiffness of masts and sails / Predire e controllare la rigidezza di alberi e vele

Il dimensionamento strutturale dei sistemi velici costituisce una sfida ingegneristica di notevolissima complessità che solo negli ultimi anni ha potuto giovarsi delle moderne tecniche di simulazione numerica. Ancora oggi, in larga parte, si adottano infatti procedure analitiche di derivazione (semi)empirica: non solo la definizione dei carichi da applicare sui modelli strutturali è usualmente correlata alle caratteristiche di stabilità dello scafo piuttosto che ai fenomeni fisici che effettivamente generano tali carichi ma anche per eseguire le verifiche di stato limite si ricorre a modelli semplificati e formulazioni prescrittive che necessariamente implicano coefficienti di sicurezza relativamente elevati. D’altra parte, a differenza di molte altre strutture, il comportamento dei sistemi velici è governato dalla loro rigidezza più che dalla loro resistenza: un sistema velico può essere idealizzato come un insieme di componenti relativamente semplici, travi e cavi. Tuttavia, essi sono soggetti a spostamenti che rispetto alle loro dimensioni sono relativamente grandi e variano la configurazione geometrica della struttura in modo sostanziale. Inoltre, i cavi del sartiame e delle manovre sono così snelli da non offrire alcuna risposta significativa a sollecitazioni di compressione mentre l’albero e le crocette devono offrire una adeguata rigidezza a flessione ed a compressione ed al tempo stesso garantire la possibilità di deformarsi in modo controllato al fine di ottimizzare le prestazioni del sistema variando la forma delle vele in funzione delle condizioni di navigazione. Si aggiunga che raramente le vele sono riguardate come componenti strutturali del sistema velico ma di esse si considerano piuttosto gli aspetti fluidodinamici. Invece, un sistema velico è uno degli esempi più tipici di interazione tra fluido e struttura poiché i carichi agenti dipendono direttamente dalla configurazione che assume il sistema ed in particolare dalla forma delle vele. Anche le vele peraltro sono elementi assai snelli, bidimensionali, che non rispondono a compressione, la cui simulazione numerica è anche più complessa di quella dei cavi. Dalle brevi considerazioni precedenti si intuisce quanto sia importante poter predire, simulare e controllare la rigidezza dei componenti di un sistema velico che, in ultima analisi, non dipende soltanto dalle caratteristiche meccaniche del materiale con il quale sono stati costruiti e dalla geometria iniziale ma anche dalla configurazione deformata della struttura e dall’interazione tra i vari componenti e tra questi ultimi e le azioni dell’ambiente circostante. Studi teorici, numerici e sperimentali sul dimensionamento dei sistemi velici condotti presso il ‘Marine Structures Testing Lab’ dell’Università di Genova permettono di illustrare lo stato dell’arte di questa affascinante sfida nell’ambito delle costruzioni navali.