Например, полипропиленовые соты принимают за универсальную замену конструкционного пенопласта. Или используют обычную полиуретановую пену, не имеющую подтверждённых характеристик для работы в несущей конструкции.
Но «лёгкий» и «не впитывает воду» ещё не означает «подходит для днища».
ЧТО НУЖНО ПРОВЕРЯТЬ
Один из основных критериев выбора — прочность заполнителя на сдвиг. Именно заполнитель передаёт сдвиговые усилия между наружной и внутренней оболочками сэндвича, обеспечивая их совместную работу.
Не менее важна прочность на сжатие: заполнитель не должен сминаться под действием местных нагрузок. Дополнительно оценивают усталостные свойства, рабочую температуру и адгезию с оболочками.
Ориентироваться только на плотность материала нельзя.
ЧТО ПОКАЗЫВАЕТ ГРАФИК
На иллюстрации показан предварительный выбор заполнителя для днища по минимальной прочности на сдвиг в зависимости от длины по ватерлинии. Кривые построены на основе требований ISO 12215−5:2019 и коэффициентов для разных типов заполнителя.
Разделение пенопластов по удлинению до и более 35% относится к относительной деформации при разрушении на сдвиг, а не к обычному удлинению при растяжении.
При этом график не заменяет расчёт конкретной панели обшивки: учитываются нагрузки, пролёты, толщина заполнителя и характеристики оболочек.
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ
Ниже — примеры известных материалов, которые можно рассматривать для судовых конструкций. Это конструкционные пенопласты с большим опытом применения в судостроении.
Указана прочность на сдвиг в МПа:
номинальная или типичная → минимальная заявленная.
DIAB Divinycell:
• H100 — 1,60 → 1,40 МПа
• H130 — 2,20 → 1,90 МПа
Gurit Corecell:
• M80 — 1,15 → 1,04 МПа
• M100 — 1,47 → 1,33 МПа
• M130 — 1,96 → 1,76 МПа
AIREX:
• C70.75 — 1,20 → 1,00 МПа
• C70.90 — 1,70 → 1,40 МПа
• C70.130 — 2,40 → 2,10 МПа
• T92.150 — 1,50 → 1,25 МПа
Это не список материалов, автоматически разрешённых для любого днища. Марку выбирают по полному расчёту прочности.
У нас также есть опыт применения конструкционных пенопластов китайского производства. По нашему опыту, рассмотренные китайские марки в среднем уступают аналогам мировых брендов по прочности на сдвиг даже при большей плотности.
Поэтому пенопласты AIREX или DIAB нельзя заменять китайским материалом только на основании одинаковой плотности. Необходимо сопоставлять прежде всего минимальную заявленную прочность на сдвиг, а также прочность на сжатие и другие расчётные характеристики.
Как правило, для такой замены приходится выбирать китайский пенопласт более высокой плотности. Окончательное решение принимают по данным конкретной марки и результатам расчёта.
А ЧТО С ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫМИ СОТАМИ?
Для сравнения — паспортная прочность на сдвиг некоторых марок HexaCor:
• PP-8 — 0,60 МПа
• PP-8H — 0,80 МПа
• PP-10 — 0,30 МПа
И это, пожалуй, одни из наиболее прочных полипропиленовых сот среди рассмотренных нами материалов. У многих других марок свойства ниже.
Для сот верхняя горизонтальная часть нашего графика составляет около 1,16 МПа. Приведённые значения заметно ниже этого уровня — ещё до проверки того, являются ли они минимальными.
В днищевых конструкциях такие материалы могут оказаться применимыми лишь для некоторых очень небольших судов — при подтверждении расчётом.
При этом полипропиленовые соты не являются «плохим материалом вообще». Их можно рассматривать для внутренней обстройки, палуб, надстроек и отдельных бортовых панелей — там, где расчёт подтверждает пригодность.
Для каждой зоны нужно проверить нагрузки, соединения и условия эксплуатации.
БАЛЬСА: НАШ ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ
В нашей практике мы стараемся не применять бальсу, особенно для эксплуатации в тропиках. Приходилось видеть суда, у которых заполнитель сгнивал внутри сэндвича за 5–8 лет.
При попадании воды органический заполнитель создаёт риск, который мы предпочитаем исключать выбором другого материала.
КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — КАКУЮ ПРОЧНОСТЬ БРАТЬ В РАСЧЁТ
Казалось бы, достаточно открыть сайт производителя и найти строку «Shear strength». Но здесь часто и возникает ошибка.
В паспорте могут быть указаны средние или типичные свойства. Проектанту нужны минимальные заявленные производителем значения — Minimum Manufacturer-Specified Value, MMSV. В сертификатах встречается и обозначение MSMV.
Внимательно читайте расшифровку: MSV без слова Minimum может означать номинальное, а не минимальное значение.
Минимум нередко оказывается на 15–20% ниже среднего. Но это не универсальный коэффициент пересчёта: нужны подтверждённые данные для конкретного материала.
Где искать данные?
• В актуальном техническом паспорте материала — хотя не все производители приводят минимальные значения.
• В сертификате типового одобрения классификационного общества.
• В подтверждённых данных испытаний и документах производителя.
После выбора минимальных свойств к ним ещё применяют предусмотренные расчётной методикой коэффициенты снижения для определения допускаемых напряжений.
Для рассматриваемых типов заполнителей эти коэффициенты составляют 0,5–0,65. Конкретное значение выбирают по типу материала и применяемой расчётной методике.
ВЫВОД
Сэндвич позволяет получить лёгкую и жёсткую конструкцию, но требует навыков и дисциплины в проектировании и производстве. Слабый заполнитель, плохая адгезия или неудачный узел способны свести его преимущества на нет.
Выбирайте заполнитель по подтверждённым характеристикам, а не по цене, внешнему виду или рекламному описанию. Осторожнее экспериментируйте с непроверенными материалами.
Правильный выбор лёгкого заполнителя — один из основных способов снизить инженерный риск, сообщает «АН Марин Консалтинг».
