Корпус судна

 

Использование: устройство армированного корпуса судна относится к области судостроения, преимущественно к корпусным конструкциям, и может быть использовано при изготовлении корпусов морских и речных судов различного класса и применения. Основной задачей изобретения является создание легкого пластикового армированного корпуса судна, обладающего способностью гасить различные виды энергии, в том числе энергию вибрации и шумоизлучения. Сущность: армированный корпус судна, содержащий шпангоуты и моноблок или отдельные блоки, выполненные из нескольких слоев полимерной матрицы с армирующими элементами, выполненными в виде предварительно растянутого в осевом направлении струнного каркаса, состоящего из упорных планок для каждого слоя полимера и жестко закрепленных на них упрочняющих струн. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к судостроению, преимущественно к корпусным конструкциям, и может быть использовано при изготовлении корпусов морских и речных судов различного класса и назначения.

В настоящее время существует большое количество конструкций судов из металла, пластика и дерева.

Основной задачей изобретения является создание пластикового армированного корпуса, способного заменить металлические корпуса судов, которые являются хорошими резонаторами, передавая возмущающие усилия от судового оборудования, гребного винта и воздействия гидродинамических составляющих, создавая при этом повышенные уровни вибрации и шумности в жилых помещениях и местах отдыха пассажиров на судне.

Корпус, выполненный из пластика, обладает способностью демпфировать различные виды энергии, в том числе энергию, обусловленную вибрацией, но такой корпус имеет ограниченные размеры, корпус из стеклопластика трудно утилизировать, а известные способы уничтожения реактопластов экологически вредны.

В качестве ближайшего аналога выбран корпус судна, содержащий шпангоуты и моноблок или отдельные блоки, выполненные из нескольких слоев полимерной матрицы с армирующими элементами [1] В этом известном корпусе судна не предусмотрено натяжение армирующих элементов с усилиями, различными в различных слоях.

Предложенный корпус судна решает задачу по обеспечению требуемых акустических свойств корпуса за счет создания разных жесткостных характеристик слоев корпуса, что приводит к разным вибродемпфирующим свойствам в полосе частот.

Для получения указанного технического результата в корпусе судна, содержащего штангоуты и моноблок или отдельные блоки, выполненные из нескольких слоев полимерной матрицы с армирующими элементами, последние выполнены в виде предварительно растянутого в осевом направлении струнного каркаса, состоящего из упорных планок для каждого слоя полимера и жестко закрепленных на них упрочняющих струн. В полимерной матрице может быть размещена группа единичных конструктивных элементов в виде труб из полимерного материала, причем в стенке каждой из труб размещен предварительно растянутый в осевом направлении индивидуальный структурный каркас, состоящий из упорных планок и жестко закрепленных на них упрочняющих струн.

Конструкция может быть выполнена в виде моноблока для малого судна, из блоков размером в отсек либо отдельными стыкуемыми блоками, из которых набирается весь корпус. Внутри объема слоистого пластика любого из элементов корпуса находится предварительно растянутый в осевом положении огибающий струнный каркас, состоящий из упорных планок, для каждого слоя пластика, с жестко закрепленными на них упрочняющими струнами и слой из групп пластиковых труб малого диаметра, внутри объема каждой из которых содержится предварительно растянутый в осевом направлении индивидуальный каркас. Связь между элементами в отдельном полимерном слое или отдельной полимерной трубе со струнным каркасом обусловлена тем, что пластик полностью обволакивает элементы струнного каркаса так, что они находятся внутри. При создании многослойных конструкций в зависимости от условий использования корпуса может создаваться "сэндвич" корпуса (для примера: с резиновой прослойкой), где связь может осуществляться за счет расплавления поверхностных слоев полимера (как правило, это касается торцевых соединений) или за счет экструзии каждого последующего слоя при частичном расплавлении поверхностного слоя модели.

Материал, используемый при создании корпусов, в каждом конкретном случае может быть различным. Для примера: в качестве материала матрицы можно использовать полиэтилен ПЭВД 18302-120; каркасные струны из аустенитно-мартенситной стали ВНС 9, Д=0, 14-0,3 мм; упорные кольца из стали Ст.3 ГОСТ 14637-79.

Конструкция корпуса судна поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 изображены продольный и поперечный разрезы единичного конструктивного элемента, где 1 упорные кольца, 2 струны (волокна), 3 полимерная матрица; на фиг.3 изображен блок, выполненный из единичных конструктивных элементов 4 со шпангоутом 5; на фиг.4 блок, выполненный из единичных конструктивных элементов 4 с наружным общим каркасом 6; на фиг.5 изображен блок, выполненный послойной технологией, где каждый слой формируется отдельно.

Рассматривая статическое положение при моноблочной конструкции, где длина общего каркаса или единой трубы, составляющей один из изгибающих элементов, равна длине корпуса (см. фиг.1 единичная труба, фиг.3 шпангоут 5), видно, что единичная труба и шпангоут находятся в жестком контакте по линии соединения, причем продольный каркас (см. фиг.2 струны 2, которые проходят от носа до кормы судна внутри полимерной матрицы) не касается шпангоута напрямую. Таким образом, путь вибрационной энергии как со стороны шпангоута, так и со стороны иных возможных источников вибрации проходит через слой вибродемпфирующего пластика. Статическое состояние немоноблочных конструкций аналогично. Разница лишь заключается в продольных и поперечных переходах между блоками, определяется габаритами блока и спецификой использования данного корпуса. В общем случае продольная и поперечная стыковка осуществляется путем оплавления торцевых концов технологического шипа. Механизм, достаточный для описания динамики процесса вибродемпфирования корпусом от различных виброактивных систем и среды, можно свести к общему случаю виброгашения, обусловленному конструктивными особенностями композиционного корпуса. В общем случае вибрационная энергия, передаваемая через пластик струнному каркасу извне (см. фиг.1, 2 струна, 3 пластик), практически не вызывает отражения, особенно это касается корпусов, состоящих из отдельных блоков, так как нет жесткого соединения внутренних каркасов, а упорные планки и кольца имеют значительный перепад по сечению.

Конструкция устройства технически применима и может быть выполнена на стандартном оборудовании, габариты которого определяются габаритами блоков/конструктивов. В каждом конкретном случае, обусловленном габаритными характеристиками корпуса судна, его вибродемпфирующими свойствами, а также спецификой применения, выбор сечения единичных конструктивов/блоков, процентное содержание упрочняющего каркаса, материалы композита, область и место применения блока определяются на этапах проектирования. Технически нет препятствий для замены блоков, не удовлетворяющих требованиям по результатам моделирования, другим видам испытаний.

Формула изобретения

1. Корпус судна, содержащий шпангоуты и моноблок или отдельные блоки, выполненные из нескольких слоев полимерной матрицы с армирующими элементами, отличающийся тем, что армирующие элементы выполнены в виде предварительно растянутого в осевом направлении струнного каркаса, состоящего из упорных планок для каждого слоя полимера и жестко закрепленных на них упрочняющих струн.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что в полимерной матрице размещена группа единичных конструктивных элементов в виде труб из полимерного материала, причем в стенке каждой из труб размещен предварительно растянутый в осевом направлении индивидуальный струнный каркас, состоящий из упорных планок и жестко закрепленных на них упрочняющих струн.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5