О стеклопластиковом судостроении и новом "технологическом рекорде"

- A + КомментарииПрочитано 13585 раз   |
Недавно воодушевленной российской общественности была представлена новость о «выводе из цеха» корпуса морского тральщика «Александрит», построенного из стеклопластика. С агитационной прямотой говорится о том, что это мировой технологический рекорд – самый большой монолитный корпус длиной 62 метра, полученный методом инфузии.
Однако, давайте разберемся. Хорошо известно, что еще в 2002-2003 годах цельный корпус большего размера был изготовлен методом инфузии в Великобритании на верфи Vosper Thornycroft Shipbuilding – это корпус яхты Mirabella V длиной 75м (Яхта Mirabella V – самое большое судно в мире с цельным композитным корпусом, построенным методом инфузии). О создании судна инженерами High Modulus здесь: http://202.114.89.60/resource/pdf/1042.pdf.
Правда, корпус этой яхты из сэндвича – это намного сложнее и логичнее для указанной технологии. Не говоря уже о том, что судов длиной 50-60м построено этим методом в большом количестве, по различным проектам.
С одной стороны радует, что в России суда подобного размера из стеклопластика начали строиться. С другой, настораживает нездоровый «рекордный» пиар этого события (рядового, в мировом масштабе) и возникает ряд закономерных вопросов.
Во-первых, метод инфузии разработан в первую очередь для сэндвичевых конструкций, и непонятны причины, по которым он применен для однослойного стеклопластика. Как известно, инфузия дает уменьшение толщины стеклопластика, а это означает снижение жесткости (конструкция не проходит по критерию жесткости) и как следствие - необходимость дополнительного армирования или набора. Понятно, что, скорее всего, учитывалась возможность ограниченной эксплуатации во льдах и отсюда однослойная обшивка (хотя и в этом случае можно на некоторых участках в надводной части и элементах набора применять сэндвич), но зачем тогда вообще понадобилась инфузия? Судя по срокам постройки, особых преимуществ это не дало, а про весовые и прочностные характеристики при выбранной конструктивной схеме говорить вообще не приходится…
Далее, попались на глаза несколько фото, отображающих конструкцию корпуса «Александрита» и вызвавших, мягко говоря, недоумение.
http://flotprom.ru/media/photo/index.php?PAGE_NAME=detail&SECTION_ID=3759&ELEMENT_ID=92349
Рис.1 Набор корпуса «Александрита» – макет стального судна, изготовленный из стеклопластика? Фото с сайта Flotprom.ru

На фото виден набор из балок с тавровым сечением (!), при этом пояски балок набраны в полную толщину и разрезаны (!). Все это напоминает макет стального корпуса, изготовленный из стеклопластика, но никак не стеклопластиковый корпус. Как предполагается соединять балки набора – «сваркой стеклопластиковым электродом» или менее прочным вторичным ламинатом (и какова должна тогда быть его толщина)? По сложившейся практике, там должно быть непрерывное армирование поясков! Такие варианты конструкции и балок набора использовались на заре пластмассового судостроения, когда еще мало кто знал, как работать с этим материалом; но уже лет 40 такие конструкции не применяются.
Рис.2 Сечение балок набора – П-образное и Т-образное. Иллюстрации из Правил Регистра Ллойда и Российского Регистра. Очевидны технологические преимущества П-образного профиля.

Скажем, если взять альбом типовых узлов Регистра Ллойда для специальных судов (LR SSC) из стеклопластика, то там Т-образные балки и подобные решения отсутствуют; примерно то же самое и у остальных КО, обладающих опытом классификации судов из композитов…
http://www.webstore.lr.org/products/399-general-information-for-the-rules-regulations-for-the-classification-of-special-service-craft-2012.aspx
Рис.3 Иллюстрация набора корвета Visby длиной 72м (Kockums, Швеция) Видны днищевые стрингера коробчатого сечения и флоры/переборки из сэндвича.

Как выглядит грамотно спроектированная конструкция композитного корпуса, видно на примере корвета Visby http://en.wikipedia.org/wiki/Visby_class_corvette
шведской постройки – коробчатые (П-образные балки), использование сэндвичей. Что это дает? Во-первых, при практическом проектировании П-образный набор позволяет уменьшить количество балок набора, т.к. ширина балки набора вычитается из неподкрепленной ширины пластины обшивки. Во-вторых, П-образный набор и флоры из сэндвича позволяют применять более эффективные сечения без риска потери устойчивости связей; таким образом, снижается масса набора и концентрация напряжений. В-третьих, такой набор существенно технологичнее - облегчает формование конструкций, обеспечивает надежное соединение набора к обшивке (т.к. формирование П-образного профиля выполняется параллельно с его приформовкой, а не за счет вторичного ламината).  
Рис.4 Пример МКЭ-анализа конструкции машинного отделения катера- перехватчика при действии ускорения 12g при столкновении (проект AMD)

Выполнено моделирование сложных ламинатов из мультиаксиальных тканей и сэндвича, показано распределение коэффициента запаса по тензорному критерию напряжений Цая-Ву. Армирование участков и усилений выбирается в соответствии с результатами подобного анализа. Обратите внимание на форму балок набора, и форму центральной балки фундамента двигателей.
Эти простые и очевидные выводы неоднократно подтверждены опытом проектирования, постройки и эксплуатации судов гражданского и военного назначения из композитных материалов, включая МКЭ-анализ композитных конструкций.
Проектирование конструкции судна из композитов – это не просто расстановка тавров и книц по поверхности «квази-изотропной» оболочки практически постоянной толщины, а совсем другая философия создания конструкций из анизотропных материалов с необходимыми свойствами в необходимых направлениях и участках, это объедение функций конструктивных элементов и обстройки.


Почему достижения мирового композитного судостроения не был применены для российского проекта? Почему «настоящие корабелы» из ОСК считают зазорным обратиться к богатому опыту (в т.ч. российскому) малотоннажного судостроения (впрочем, давно уже перешагнувшему рубеж 30м длины), где эффективные решения в области композитов давно и успешно применяются? Убежден, что мы традиционно услышим «заграница нам не указ» и «у нас совсем другие условия», или будут списывать принятые конструктивные решения на тайные замыслы и некие недоступные мировому сообществу сакральные знания российских супер-инженеров... Но автору очевидно, что в случае с «Александритом» речь идет или о неоправданном консерватизме заказчика, и/или о неквалифицированном проектировании конструкций из композитов, замешанных на устаревших подходах и технологиях постройки. Возникает вопрос - куда смотрят ведущие ЦНИИ и ЦКБ? В любом случае, экспортные перспективы таких низкотехнологичных судов крайне сомнительны…
Так что преподносить указанное событие как технологический рекорд и прорыв – преждевременно. Это лишь первый и очень робкий шаг, но пока - к сожалению - это шаг в сторону от мировых технологий композитного судостроения.  

Назаров Альберт Георгиевич
кандидат технических наук,
директор КБ 'Albatross Marine Design' 

 
О стеклопластиковом судостроении и новом
О стеклопластиковом судостроении и новом
О стеклопластиковом судостроении и новом
О стеклопластиковом судостроении и новом
Поделиться новостью
Подписка Корабел.ру экономит ваше время
Подпишитесь на ежедневную рассылку новостей и будьте в курсе всего самого важного и интересного!

Комментарии   7.

Чтобы принять участие в обсуждении, пожалуйста Авторизуйтесь или Зарегистрируйтесь или
-1+
#Францев Михаил Эрнстович, 09.01.2013, 06:04Рекорды и прочую трескотню в прессе оставим на совести людей, отрабатывающих государственные деньги (в том числе на закупке оборудования и технологического процесса инфузии на Западе и внедрении его на СНСЗ). Я думаю что всем, кто ориентируется в этом вопросе понятно, для чего и зачем это делается.
     Подробно о внедрении вакуумной инфузии директор СНСЗ докладывал на WMTC-2012. На конференции в ЦНИИ докладывали специалисты из подразделений ЦНИИ о развитии дефектов в приформовках и о влиянии низких температур на стеклопластик. Все это доклады, связанные с тематикой немагнитных тральщиков (в.т.ч. «Александрит»).
     Почему инфузия на СНСЗ? Да потому, что женщин – формовщиц в достаточном количестве в Питере уже не набрать для строительства такого объекта. Нужно обучать заново. И что дальше с ними  (женщинами) делать, тоже, непонятно: серии кораблей пока нет, и неизвестно будет ли. А оборудование для инфузии есть не просит.
далее...
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 09.01.2013, 06:19Я не призываю использовать сэндвич для обшивки этого судна, но конструктивно набор можно было сделать намного более грамотно. Если
бы это не выдавали за технологический прорыв, то наверное можно было бы и промолчать...
 
Проблема не только в технологичности. Для таврового набора существует серьезное ограничение по касательным напряжениями из условия потери устойчивости, в то время как для "бруска пенопласта" такого ограничения нет. Мы с этим постоянно сталкиваемся в расчетах, т.к. даже незаполненый П-образный профиль работает подобным образом. Поэтому приходится искусственно утолщать стенки профиля или ограничивать его высоту, а это - прибавка в массе.
 
Расчеты из Регистра справедливы только для заданных в Регистре соотношений профиля; кстати этот раздел там как раз 1960-х годов. Сами по себе Т и П профиля имеют одинаковые моменты сопротивления, т.к. П-образный профиль в расчете легко сводится к Т-образному. А вот если посмотреть на толщину стенки, то заполненный П-образный профиль дает преимущество - толщину стенки можно уменьшать, т.к. потеря устойчивости заполненного профиля не происходит. далее...
-0+
#borys, 10.01.2013, 02:07Позволю себе вставить свои 5 копеек в беседу мэтров. Я не имею особого опыта в композитах и пластиках, но согласен с Альбертом по поводу П-образных профилей. Мне их часто приходится использовать при проектировании рыболовных судов при ограничениях высоты профиля и высоких перерезывающих напряжениях. Недостатки у таких профилей (для металлических судов) тоже конечно есть. В случае для металла, технологичность П профиля ниже, чем тавра.
-0+
#, 21.02.2013, 13:22инфузия ха-ха-ха)))
-0+
#Букин Владислав Сергеевич, 26.02.2013, 14:16Альберт Георгиевич, наш общий знакомый Алексеев Владимир Михайлович мог бы сказать много по конструкции "Александрита". Почему именно так сделано. В личной беседе он готов высказать свою позицию. Попробую его сподвигнуть на написание критического текста.
-0+
#Лившиц Борис Рудольфович, 25.05.2013, 18:02В строительстве железобетон считают по 1-й и 2-й группе предельных состояний. А в стеклопластиковом судостроении? Какие основные подходы закладываются в расчет прочности?
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 20.06.2013, 07:37Борис, рад слышать! Сразу скажу, что я на практике не знаком с расчетом конструкций из бетона, но из любопытства посмотрел. Расчет прочности конструкций из композитов отличается, главным образом из-за а) слоистой структуры (ортотропность), б) большей эластичности композитов и в) применения сэндвичей из существенно различных материалов.
 
При расчете используются несколько групп критериев, основные подходы - это критерий нормальных напряжений и критерий допускаемого удлинения в конструкции. Причем в практике КО эти критерии не используются одновременно; например у LR первый метод, у GL - второй.
 
Плюс к этому, проверяются еще ряд критериев, как то:
 
- критерий деформаций, составляющий обычно 1% для сэндвичевых пластин под давлением и 0.5% для балок набора нагруженных поперечной нагрузкой.
- критерий касательных напряжений в заполнителе сэндвича
- критерии потери устойчивости оболочек сэндвича
- критерий напряжений межслойного сдвига, в т.ч. межуд слоями ламината и в клеевых соединениях далее...

Предыдущая новость