JP4566289B2

JP4566289B2 - Composite sandwich plate system with steel structure and plastic

Info

Publication number: JP4566289B2
Application number: JP52233898A
Authority: JP
Inventors: ケネデイ，ステイーブン・ジエイ
Original assignee: インテリジエント・エンジニアリング（バハマズ）リミテツド
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JP2002521000A

Description

発明の分野
本発明は、極端なまたは偶発的な荷重条件下で物を収容する必要のある、タンカー、ばら積み運搬船、船などの船舶用の、柔軟で耐衝撃性および耐引き裂き性を有する複合サンドイッチプレートと、その構造システムに関する。
従来技術の説明
社会的、経済的、政治的圧力の増加により、衝突、座礁、火災、爆発など、極端なまたは偶発的な荷重がかかる条件下での船舶の破壊による貨物の流出から生ずる可能性のある、価値ある貨物の紛失だけでなく、汚染の危険や、汚染による海洋環境への損害を低減または解消させる技術が開発されてきた。特に、危険物を運搬する船舶は、規制機関、船舶および貨物保険業者、船主、金融機関によって課される追加の要件に従うことがますます求められている。危険物漏洩責任の費用の増加や、貨物の価値の増加により、流出および破壊を防ぐ船舶の開発が更に促されてきた。
物を収容する１つの方法としては、オイルタンカー用の二重船殻の装備がある。貨物を収容する、じん性のある単一プレート構造の内側の船殻は、同じくじん性のある単一プレート構造である外側の保護船殻内に支持される。従来の二重船殻は、内側の船殻と、外側の船殻との間に縦フレームと、横フレームとを有する。より高度な、別の二重船殻は、内側の船殻と、外側の船殻との間に縦フレームだけを有し、ロボット装置による組み立てライン生産に適した簡略構造としている。従来の二重船殻および高度な二重船殻の設計の両者とも、内側の船殻内の貨物区画の間に横隔壁を有すると共に、内側の船殻と、外側の船殻との間に通常配置されるバラスト区画の間に複数の隔壁を有してもよい。二重船殻設計の変形は、二重底のみ、あるいは二重底と二重船殻側部とを備える構造を有する。重量を減らすため、デッキは、通常単一プレート構造となる。また、縦フレーム間の凸状にカーブした船殻プレートによって、カーブしたプレートの二重船殻内に高いエネルギーを吸収することができる。
第１図に、従来の造船学により設計された典型的な二重船殻オイルタンカーの断面図を示す。第２図に、典型的な二重船殻船舶に対する、貨物タンクと、他の区画の配置を図示する。
従来の単一船殻の設計に対する、二重船殻の構造の利点も周知である。これらの利点には、貨物取り扱い効率の向上すること、貨物の汚れが減ること、および貨物倉とバラストタンクを別にしたことにより水質汚濁が低減することが含まれる。更にまた、内側の船殻と、外側の船殻との間に２メートルの間隔を必要とする国際標準に従って建造される二重船殻によって、衝突時や座礁時の、外側の船殻の穴あきによる流出や破壊の危険が低減される。高度の二重船殻の新規の特徴としては、強度が改善すること、製造が容易になること、バラストタンク内での溶接およびスチール表面積が低減すること、検査の改善と保守の向上をもたらすバラストタンクへの出入りがやりやすくなること、ならびに高エネルギー座礁時に内側の船殻により多くのオイルを貯留することが挙げられる。現在の技術によれば、低エネルギー、低速度の衝撃にかかわる二重船殻の船は、単一船殻の船よりも弱体化されることが少ないと同時に汚染発生の確率も少ない。二重底、二重側部、二重船殻、ミッドデッキなど改善されたタンカー設計によって、事故によるオイル流出の危険が解消されないまでも低減されることは周知である。試験によれば、高度の全スチール製二重船殻設計によって従来の全スチール製二重船殻設計よりも多くのエネルギーを分散するが、両設計共、疲労によるクラックや、極端な荷重がかかる事象が起きる時破壊したプレートから伝播するクラックから生じるクラックの伝播により内側の船殻が弱体化する。
座礁や衝突など偶発的または極端な荷重がかかる事象時の二重船殻構造のエネルギー吸収能力の改善に関する特許には、ＫｒｕｌｉｋｏｗｓｋｉＩＩＩ等の米国特許第５，２１８，９１９号およびＳｔｕａｒｔの第５，４７７，７９７号がある。両特許共、外部船殻を備える既存の単一船殻タンカーを改修して二重船殻タンカーにすることを指向している。ＫｒｕｌｉｋｏｗｓｋｉＩＩＩ等の特許は、トラスのように形成配置された伸縮式のエネルギー吸収部材を使用して、既存のオイルタンカーの船殻の外部に積層されたスチールの補助船殻を支持することを記載している。横隔壁およびたわみ抑制装置への取り付け部材の詳細についても記載されている。船殻間の空所には、ポリウレタンフォーム／ボールが詰められて、衝撃力を分散し、水圧荷重下で補助船殻を支持し、補助船殻が破壊された場合、追加の浮力を付与する。Ｓｔｕａｒｔ特許は、既存のオイルタンカーの外部の船殻に取り付けられる補助船殻の構造について記載している。この船殻は、船殻間で、断面で見て、ハネカム構成を形成する縦にフレームがはいった一連のスチールプレートで構成される。外部の船殻を不連続にする応力除去ジョイントと、内側の船殻のハネカム構造組み合わせにより、耐損傷性のある船殻が作り出される。また、この構造により、内側の船殻空間には、加圧不活性ガスと、真空圧力システムとを使って、適切なバラストが得られるレベルまで浸水させることができる。これらの改修された外部船殻構造では、外側の船殻が破壊したことにより内側の船殻にクラックが伝播する可能性が扱われておらず、また、補助船殻構造の製造および保守にかかる費用およびその実用性が適切に扱われていない。現在の改修設計では、検査および腐食の保守のために船殻間に出入りすることは、不可能ではないにしても、困難である。改修設計での外部船殻は、運航上の荷重全てを担うことに寄与するわけではなく、また、構造上機能が制限されたタンカーにかなり役に立たない重量を加える。
Ｖｅｒｏｌｍｅの米国特許第４，０８３，３１８号およびＡｓａｉの第４，６７２，９０６号は、ＬＮＧ（液化天然ガス）タンカーと、低温または高温の貨物を運搬するタンカーに関する。これらのタンカーでは、貨物タンクがタンカーから分割された構造で、タンカーの荷重を支持する船殻の桁システムの一部を形成しない。
現在の全スチール製二重船殻構造には、これらの設計タイプが、衝突、座礁、爆発、火災など偶発的または極端な荷重がかかる事象後のオイル流出がゼロの性能判定基準を満たし、一方、建造、保守、実働寿命についての費用に関して競争力を維持する可能性を低下させる深刻な欠点がある。１つの欠点としては、現在の二重船殻構造は、これまで記録されているタンカー事故から測定された岩による穴あきについての統計データに関連している、船殻間の分離が最小の二重船殻構造の使用を規定する国際協定と国内規格に準拠した旧来の造船学の設計に基づくことが挙げられる。
旧来の造船学による規格に従って建造される船殻は、スチールプレートと、フレーム、隔壁、桁など、プレートスチール構造の部材とを有する複雑なシステムである。スチールプレートおよび支持部材の支持能力は、プレート表面に固定される平型の、または山形の、または溝型のメタルストックなど当業者に周知のタイプの多数のスチフナで、プレートと、構造部材とを強化することにより増強される。この船殻構造と、プレートスチフナとの複雑なシステムは、疲労破壊の根源であり、偶発的または極端な荷重がかかる時船殻プレートの引き裂き（破壊）の根源でもある。このタイプの船殻は、切断、取り扱い、溶接を必要とするピースが多数になり、また、保護塗装を実施しなければならない表面積がかなり増加するため建造費用が高価になる。また、これらの典型的な複雑な構造システムは、部材が非常に密集しているため、アクセス性が低下し、検査性が低下し、また、保守性が低下して、さらに、保守費用が増大するうえ、腐食により実働寿命が低下することになる。
また、二重船殻部分に関する最近の大規模な座礁試験は、単一船殻の船舶よりも二重船殻の船舶が優れているにもかかわらず、横構造部材またはその付近での外部船殻の初期破壊からクラックが伝播する結果として、現在利用できるスチール製二重船殻設計による内側の船殻の破壊が、発生する可能性があることを示している。外側の船殻内で発生したクラックは、内側の船殻と、外側の船殻との間の構造部材を通じて伝播し、内側の船殻まで広がる。内側の船殻破壊の結果、破壊された貨物倉からオイルが明らかに流出する。貨物タンク内にスチール構造を通じたクラックが伝播するのを防ぐクラック停止層や他の構造を備えることは、現在の設計方式には開示されていない。したがって、偶発的または極端な荷重がかかる事象の場合にオイルの流出を防止または低減することは、現在利用できる設計方式によっては必ずしも適切に取り扱われていない。
大規模なスチールとポリウレタン発泡材との複合サンドイッチプレートは、流出と船殻破壊とを防ぐ能力を試すために試験されてきた。これらの試験では、ポリウレタン発泡材が、スチールプレートに必ずしも適切に接着せず、せん断強度も殆ど無いことを裏付けている。低いせん断強度により、複合材の曲げ能力が最小限になり、また、接着力の不足により、面内のバックリング能力を増加させて、プレートスチフナの使用を必要としなくするため、ポリウレタン発泡材と、スチールとを複合材に使用する可能性を排除している。試験において使用されたる低密度発泡材は、構造上必要な引張り強度が殆ど、あるいは全く無く、また、圧縮強度も不足している。通常、試験された発泡材は、クラック停止層として機能したが、構造的には機能しなかった。したがって、所要のクラック停止構造の複合構成は、得られなかった。この試験された発泡材は、多少のエネルギー吸収能力を持ったが、この能力は、膜活動におけるスチールに比べて小さかった。この発泡材により、集中荷重点周辺のスチールプレートの局所的なひずみが減らされるが、スチールの船殻プレートのせん断引張りによる破壊は、発生が遅れるが、防止はできない。
このため、従来技術には、船殻構造の複雑さを簡略化し、偶発的または極端な荷重がかかる場合のエネルギー吸収能力と、プラスチックの振舞いとを増加して、船殻の破壊やクラックの伝播による貨物の損失を低減または解消させる船殻構造システムが必要とされている。
発明の概要
前述した二重船殻タンカーを提供する場合の従来技術に固有の欠点は、スチールプレート同士のじん性のある構造エラストマーを接合してスチールエラストマースチール構成の船殻パネルと、フレームと、支持部材とを形成することにより、本発明の教示により、有利に解消される。このエラストマーは、好ましくは、プレートの発錆に導く可能性がある吸水を防ぐために、疎水性であり、破壊することなくスチールプレートの降伏ひずみを越えるのに充分な延性を有するようにすべきである。この複合パネルは、二重船殻の少なくとも内側の船殻を建造するのに使用される。好ましくは、スチールエラストマースチールの複合パネルは、内側の船殻、外側の船殻、隔壁、フロア、デッキおよびコラプス型フレーム、支持部材を建造するのに使用され、いかなる形状であれ必要な形状に形成されることができる。内側の船殻を形成する複合パネル内のエラストマー層は、特に、内側の船殻の内側スチールプレートと、内側の船殻の外側のスチールプレートとの間に有効なクラック停止層を提供し、外側の船殻、フロアフレームや隔壁などの横部材、実働荷重、および偶発的または極端な荷重の両方に対応して設計されるウェブフレームや水平フレームなど他の支持部材から伝播するクラックから内側の船殻の内側のスチールプレートを有効に隔離する。更にまた、複合パネルは、従来のスチールプレートよりも強度があり、じん性のあるため、フレームおよび支持部材の数は、かなり減る一方、強度、実働寿命、建造費用、保守費用、非破壊性については現在の設計規格を満たすか超越する。
本発明の教示により、適切に精密なフロアと、横隔壁とを備え、例えば、オイルタンカーなどの格納船舶での使用に特に適したスチールとポリウレタンエラストマーとの複合サンドイッチプレートシステムは、周知の全スチール船に関連する欠点をほぼ解消するように製造される。船体設計に関する具体的な詳細は、「ＡｍｅｒｉｃａｎＢｕｒｅａｕｏｆＳｈｉｐｐｉｎｇａｎｄＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＣｏｍｐａｎｉｅｓ、１９９６Ｐａｒｔ３、ＨｕｌｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｐａｒｔ５、ＳｐｅｃｉａｌｉｚｅｄＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＳｅｒｖｉｃｅｓ」に記載される。
【図面の簡単な説明】
本発明の教示は、以下の図面に従った以下の詳細な説明を考慮することにより即座に理解される。
第１図は、単一方向の桁システムと、補強スチール船殻プレートとを有する従来技術の全スチール二重船殻オイルタンカーの透視断面図である。
第２図は、貨物およびバラスト仕切の一般的配置を図示する従来技術の二重船殻タンカーの正面図である。
第３図は、構造部材と、スチフナシステムを図示する横隔壁についての従来技術の二重船殻タンカーの中断面を示す断面図である。
第４図は、本発明による複合パネル付き構成の横隔壁についての二重船殻中断面の断面図である。
第５図は、本発明による複合パネル付き構成の二重船殻の船の貨物倉の部分断面図である。
第６図は、本発明による複合パネル付きの二重船殻横隔壁構造の切り欠き断面図である。
第７図は、本発明による横隔壁用のクラック停止部部分の詳細を示す切り欠き断面図である。
第８図は、本発明により構成される複合パネルの断面図である。
第９図は、本発明による複合パネル付き構成の内側のパネルおよび隔壁の断面図である。
第１０図は、本発明による複合パネル付き構成の内側および外側の船殻と、支持部材とを示す断面図である。
第１１図は、クラック停止の切り欠き部を密封するエラストマープラグの詳細を示す、第１０図の線１１−１１に沿った断面図である。
第１２図は、本発明による構成の複合パネルの断面図である。
第１３図は、本発明による複合パネル付き構成の内側の船殻、隔壁、複合スペーサの断面図である。
詳細な説明
本発明の教示は、極端なもしくは偶発的な荷重がかかる事象が発生する時に物を収容する必要のある、構造物、船舶、タンカー、ばら積み運搬船、または荷重がかかる船すべてに適用可能である。本発明を、例示のためにのみ、二重船殻のオイルタンカーを参照して論ずる。当業者であれば、本発明の教示が、路上走行車、鉄道車輌、貯蔵タンクなどの他の格納容器、ばら積みキャリアなどの構成にどのように組み込むことができるかを即座に理解できよう。
既存の設計では、耐衝撃性および非破壊性についての研究、規則および規制、ならびに構造は、通常、全スチール製の従来型の二重船殻と、二重船殻とに向けられている。例えば、４０，０００ＤＷＴ（載荷重量トン）タンカーについての、第２図および第３図で図示されるような典型的な従来型二重船殻（ＣＤＨ）の設計は、直交する補強底部１と、横ウェブフレーム２と、縦桁３を備える内側の船殻１０と、外側の船殻１２によって特徴づけられる。船殻プレート４は、縦桁３に溶接されるか、取り付けられる。縦桁３に対して横方向にあるウェブフレーム２は、縦桁３の間に取り付けられて、桁３を固定、安定させている。第２図の平面図に、外側の船殻１２と、外側の船殻１２の貨物収容部分の内側の船殻１０とを有するタンカーの典型的な配置図を図示する。内側の船殻１０の中の仕切られた貨物倉１３は、隔壁６によって分離される。貨物倉１３の外側にある区画１０２は、船殻下部においてバラストタンクとして供してもよい。
典型的には、ハルプレート４、デッキプレート５、ウェブフレーム２、フロアフレーム１１、隔壁６、桁３の荷重担持能力は、第３図に示す通り、スチフナ７を追加することによって増強される。内側および外側の船殻１０、１２の両方のハルプレート４、並びにデッキプレート５を強化するには数多くのスチフナ７が必要である。図示しない追加のスチフナも、桁３、隔壁６、フレーム２、および桁３上に見られる。このタイプの構造は、座礁または衝突など偶発的または極端な荷重がかかる事象に対して耐衝撃性を有する設計にはなっていなくてもよいことを理解されたい。高度の二重船殻（ＡＤＨ）は、外側の船殻と、内側の船殻との間の主に縦の単一方向フレームを有する。この高度の二重船殻は、横部材の数は非常に少ないが、貨物区画１３同士の間に横隔壁６を必ず有し、内側の船殻と、外側の船殻との間に配置されるバラスト区画１０２同士の間に横フロアフレーム１１を有してもよい。従来の二重船殻同様、高度の二重船殻スチールプレート構成材の運搬能力は、このスチールプレート構成材の表面に数多くのスチフナ７を固定することによって増強される。
従来および高度の全スチール製二重船殻構造システムに関する高エネルギー衝撃の座礁の影響についての最近の研究では、外側の船殻１２が、縦桁３同士の間のスチールプレート９の膜動作における最大応力を超えた結果として、通常縦方向に破壊され、内側の船殻１０の破壊は、横フレーム２、１１および隔壁６からの縦のクラックの伝播によって発生することが示唆されている。つまり、この破壊は、隔壁６、フロア１１またはフレーム２など、横部材２、６、１１またはその付近での外側の船殻１２の破壊によって発生する。船舶の船殻内に異物が浸入した場合、内側の船殻１０の一部は、浸入異物と直接接触することによってか、浸入異物によって内側に押し込められる、例えば、船殻桁３あるいはフロアフレーム１１などの支持部材によって間接的に内側に押し込まれる（持ち上げられる）かのいずれかである。衝撃区域における内側の船殻プレート１４は、横部材１１がさらに内側に動かないよう内側の船殻１０を拘束するまで、例えば、内側の船殻プレート１４の「持ち上げ」が拘束されて、浸入異物の位置またはその付近に極端な膜応力を発生させるまで、膜として変形することがある。この極端な膜応力は、内側の船殻プレート１４を拘束する横部材２、６、１１かまたは拘束された内側の船殻プレート１４に直接、初期クラックを発生させるきっかけとなり、内側の船殻１０の破壊につながる。通常、流出のないタンカーの船底構造は、破壊することなく内側の船殻１０が「持ち上げ」られる非弾性膜変形を伴う設計であることを要件としている。
この目的を達成するため、本発明に従い、クラック停止層１５（第４図）が、少なくとも、例えば、フロアフレーム２４や隔壁２６などの、全ての横部材の位置にあるまたはその付近の船殻構造物に組み込まれるが、可能であれば、船殻構造全体にわたっていることが好ましい。
オリエンテーションのため、ここでの議論では、構成材に関して「内側」という言葉が使われている場合、通常、船舶の貨物倉により近い構成材を指す。表面に関して「内側」という言葉が使われている場合、通常、貨物倉に対向する表面を指す。特に、内側のメタルプレートの内側の表面６３（第８図）または内側の船殻２０の層３４が、貨物倉６８に面し、通常露出される。構成材に関して「外側」という言葉が使われる場合、通常、貨物倉から相対的に離れた構成材を指す。表面に関して「外側」という言葉が使われる場合、通常、貨物倉から離れて対向する表面を指す。
ここで、本発明を図示する第４図を参照すると、例えば、単一方向性二重船殻サンドイッチプレートシステム（ＵＤＨＳＰＳ）で構成されるタンカーを建造する複合パネル船舶構造システムは、一部またはすべてが複合システムである適切に精密なコラプス型構造によって支持されるスチール−エラストマー−スチールの複合パネル１８で構成されるじん性のある耐衝撃性船殻１６を含む。ここで第５図を参照すると、複合パネル１８は、外側のメタルプレート３６から離間されてこのメタルプレートに対向する内側のメタルプレート３４で構成される。内側および外側のメタルプレートは、中間エラストマーコア３８に接合される。２つの対向する側部７４および７８と、底部７６とを有する内側の船殻は、貨物倉６８を形成する。デッキ４０は、側部７４の最上部から側部７８の最上部まで延び、貨物倉６８の最上部を閉じる。貨物倉６８の各端部の隔壁２６は、側部７４および７８と、底部７６およびデッキ４０とに結合され、貨物倉６８をほぼ完全に閉じる。２つの側部８０および８２と、底部８４とを有する外側の船殻２８は、それぞれ内側の船殻２０の２つの側部７４および７８と、底部７６とから離間され、それらを閉じる。外側の船殻２８は、縦桁２２と、横フロアフレーム２４とを含む支持部材によって内側の船殻２０に結合される。少なくとも内側の船殻２０は、複合パネル１８で構成される。好ましくは、内側の船殻２０、外側の船殻２８、縦桁２２、フロアフレーム２４、および隔壁２８は、複合パネル１８で構成される。複合パネル１８で構成されるか、従来の単一スチールプレートで構成される場合のいずれの場合でも、各種構成材は、複合パネル１８のエラストマーコア３８を装備するのに必要な、以下に述べる一定の許容誤差をもって、溶接またはその他の従来手段によって一体に結合される。
ＵＤＨＳＰＳは、衝突または座礁の場合、貨物を含む内側の船殻２０の非破壊性を飛躍的に高め、特に従来の二重船殻に比べて、このような事象におけるオイル流出を解消しないまでもかなり低減させる。このＵＤＨＳＰＳは、偶発的または極端な荷重条件下で延性モードで振る舞うように構成されると共に、複合パネル船殻の非弾性膜動作と、従来のスチールパネル、および／またはスチール−エラストマー−スチールの複合パネル支持部材の塑性変形によってエネルギーを吸収するよう構成される。オイル流出を最小限にするか、解消するため、貨物倉のクラックの伝播や、引き裂きの伝播が防止される。極端な荷重がかかる事象時の破断のモードとして引き裂きまたはクラックを停止するため、衝突または座礁時に船の可能な限り多くの部分を連動（ｅｎｇａｇｅ）させて、衝撃エネルギーの吸収および分散を最大化する。その結果、オイル流出を全て解消しないまでも最小限にする。
オイルタンカーに関する限り、ＵＤＨＳＰＳは、運航上の荷重に対して、現在の規格に従って設計される従来または高度の全スチール製二重船殻の船と同等の強度、または、より大きな強度を備えるように設計できる。第５図の断面詳細図に示す通り、本発明によるスチール−エラストマー−スチールの船殻桁２２は、エラストマーコア３８に接して内側のメタルプレート３４と、外側のメタルプレート３６とを有し、貨物船の運航に関連する荷重など、典型的、あるいは極端な静的および動的荷重に耐えられるだけの、中空形状で、壁の薄いボックスビームとして機能するのに十分な曲げ、せん断、ねじれ力を備える。これらの荷重には、例えば、静水時の荷重、ドライドッキング時の荷重、熱荷重、船殻にかかる波による動的圧力分布、液状貨物のスロッシング、デッキへのグリーンシー、ウェーブスラップ、慣性荷重、進水時および停泊時の荷重、砕氷時の荷重、スラミング時荷重、強制振動時荷重、衝突時荷重、座礁時荷重などが含まれる。第４図および第６図に、スチール−エラストマー−スチールの複合パネル１８で構成された二重船殻用の二重船殻の中央部４２と、横隔壁２６とを図示する。内側および外側の船殻２０および２８は両方とも、それぞれ特定のサイズおよび目的の船舶に向けて適切に設計され、寸法が決められたスチール−エラストマー−スチールの複合パネル１８から構成される。第６図、第７図、および第９図に示す横隔壁２６も、複合パネル１８構成として、水平および垂直のウェブプレート３０および３２によってそれぞれ支持されるスチール−エラストマー−スチールの複合パネル１８で構成される。
複合パネル１８は、例えば、船殻パネル１７、フロアフレーム２４、桁２２、隔壁２６など個々の構成材として製造でき、続いて、出荷されて、さまざまな方法で、完全な船舶のサブアセンブリに組み立てられる。複合パネル１８の内側および外側のメタルプレート３４および３６（第５図）は、概ね離間した関係で位置決めされ、エラストマーコア３８の空洞部５６（第１２図）を形成する。好ましい実施形態では、内側および外側のメタルプレート３４および３６は、それぞれスチールである。他の金属、例えば、高い耐腐食性が要求されるときは、ステンレス鋼、または、軽量が要求されるときは、アルミニウムを使用することができる。複合パネル１８は、単一のプレートメタルよりもかなり強度があるため、他のより柔軟なタイプの金属を、複合パネルを構成するのに使用できる。
第８図に示す通り、好ましくは内側の金属層３４と、外側の金属層３６との間は、内側の金属層３４と、外側の金属層３６との間に提供されるスペーサ要素４４（「スペーサ」）によって適切に維持される。このスペーサ要素４４は、連続したストリップ様の部材を具備してもよい。あるいは、スペーサ要素４４は、ランダムにまたは１つのパターンをなすように個々のスペーサ部材を複数具備してもよい。スペーサ４４は、内部の金属層３４と、外部の金属層３６との間に設置される金属または他の適切な材料で構成できる。スペーサ要素４４は、内側の金属層３４および／または外側の金属層３６に溶接または接合してもよい。好ましくは、スペーサ４４は、対向する縦エッジ４６および５０を有する連続的なストリップ様部材である。
スペーサ４４は通常縦桁２２間の中間の外側のメタルプレート３６の中間線に沿った点で、１つの縦エッジ４６上で、フィレット溶接４８によってプレート３６に溶接される。好ましくは、スペーサは、通常、船殼構造に関して縦方向にのみ走行するが、必要に応じて横方向に走行してもよい。外側のメタルプレート３６とほぼ同じ長さおよび幅寸法を有する内側のメタルプレート３４は、横方向に千鳥状になっているので、当接する内側のプレート１８ａおよび１８ｂのエッジ５２と５４とは、当然スペーサエッジ５０に当接する。スペーサ４４のエッジ５０は、当接するパネル１８ａと１８ｂの隣接するエッジ５２と５４用の支持部材として役立つことができる。スペーサ要素エッジ５０は、溶接裏当てバーとして機能し、突き合わせ溶接５５が完了するまで内側の金属層プレート１８ａおよび１８ｂを支持する。裏当てバーとして機能するスペーサ要素４４は、適切な溶接隙間を与えるのに役立ち、溶接の準備作業を最小限にする。突き合わせ溶接５５は、スペーサ４４のエッジ５０にパネル１８ａおよび１８ｂのエッジ５２および５４をしっかりと固定する。エラストマーコア３８は、内側または外側の金属プレート１８ａおよび３６それぞれの開口部７０を通じてプレート１８ａおよび１８ｂを溶接した後に追加してもよい。
スペーサ要素４４は、予め製造、または成形されたエラストマーストリップまたはブロックとし、金属層３４と、金属層３６との間の位置に接合または熱硬化させてもよい。一方、スペース処理は、例えば、内側および外側のプレートそれぞれを保持する製造用治具によって、離れた間隔を維持して、コア空洞部５６を形成し、エラストマーコア３８が提供され硬化されることができる。
好ましくは、縦桁２２、フロアフレーム２４、隔壁２６、内側および外側の船殻２０と２８、複合船殻パネル１８など個々の構成材は、構成材のプレート間に適切なコア空洞部５６を維持しながら、その構成材に指定された位置で、特定の構成材の内側および外側のスチールプレート３４と３６とを少なくとも部分的に固定することによって建造中の船舶上で一体に製造される。続いて、このエラストマーは、液状または粘性状態で流入または注入して、コア空洞部内の所定位置にエラストマーを成形させることによって、内側および外側のメタルプレート３４と３６の間のコア空洞部に配置される。一方、このエラストマーが、構成材の開放されている、または固定していないエッジから何も入っていないコア空洞部に入れられるような断面寸法の１つまたは複数のチューブを通じてコア内に配置される。このチューブの長さは、構成材を入れるのに適した寸法とする。エラストマーが、チューブを通じて空洞部に入り、プレート同士の間の空隙を埋めるにつれて、チューブは引き込まれる。このエラストマーは、この空隙の形成を司り、この場合、コア空洞部５６の形をとって、成形される。一方、このエラストマーは、内側および外側のメタルプレート３４と３６に設けられるプレート開口部またはポート７０（第７図）を通じて注入または流入させることにより、コア空洞部内に配置できる。プレート開口部７０の好ましい位置は、外側の船殻２８の内側のメタルプレート３４および内側の船殻２０の外側のメタルプレート３６にあり、外部環境や貨物に曝さないようにする。その後、これらのプレート開口部７０は、その後、ねじ切りしたメタルプラグ７２で蜜封される。このエラストマーは、船殻の建造が進行するにつれて個々の構成要素のコア空洞部５６内に配置され、また、船殻の大部分または全体が、内側および外側のプレート３４と３６との間の何も入っていないコア空洞部５６とともに建造され、続いて、エラストマーは、このコア空洞部５６に配置できる。流動可能なエラストマーがコア空洞部５６内にあると、エラストマーコア３８は、例えば熱を与えることにより硬化される。
内側および外側のスチール層３４と３６各々の好ましい厚さは、例えば、６ｍｍから２５ｍｍの範囲であり、理想的な厚さとしては、１０ｍｍと考えられる。これらの寸法は、サービス要件または構成要件、並びに使用される材料の種類や質によっても変わる。内側および外側の金属層３４と３６とは、同じ厚さ寸法を有する必要はなく、また、同じ金属の種類または質で構成される必要もないことは、当業者なら理解できよう。
本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、数多くの組み合わせ、および変形が可能である。
複合パネルの厚さ寸法は、各種の構成材および取り付けに必要な構造強度の要件を達成するように積層材の組み立て時に選択的に調整できる。内側および外側のメタルプレート３４と３６、および／またはエラストマーコア３８それぞれの厚さ寸法は、特定要件に従って変わることがある。更にまた、積層パネル１８は、構造強度を局所的に調整するため寸法上厚みを増したパネル部を有するよう構成することができる。寸法上厚さを増したパネル部は、スペーサ要素４４の寸法を変えたり、例えばスペーサ要素の長さに沿ってスペーサ要素の深さを変えたりすることによって提供される厚さを増したエラストマーコア３８の成果であり、様々な厚さを持つ複合パネル１８が提供される。一方、寸法上厚さを増したパネルは、この複合材の内側および外側のメタルプレート３４と３６の内の１つまたはその両方の厚さを増したので生じた可能性がある。
このエラストマーは、好ましくは熱硬化タイプのプラスチックであって、材料を硬化させ、成形工程を完了させる熱を必要とする場合がある。好ましいポリウレタンエラストマーは、約２０℃から６０℃の温度で硬化する。構成材の溶接による余熱によって、成形時の熱の一部が特に溶接接合部付近で与えられる。しかし、溶接接合部から離れたコア空洞部５６の各部は、硬化熱を補足する必要がある。エラストマーコア３８を硬化させるのに必要な熱は、複合パネル１８の内側および外側のメタルプレート３４と３６とに与えられる。メタルプレート３４と３６とは、コア空洞部５６内のエラストマーに熱を即座に伝導し、エラストマーの成形を完了させる。一方、温度が低下したり、上昇したりすると、流動し、周囲温度で硬化するエラストマーを選択することができる。
コア空洞部５６がエラストマー３８で満たされると、内側および外側のメタルプレート３４と３６のすべての開口部７０は、ねじ切りしたメタルプラッグ７２で密封される。この開口部７０は、好ましくは、外側の船殻２８の内側のプレート３４上にあって、外部環境にさらされることがなく、また、内側の船殻２０の外部プレート３６上にあって貨物に曝されない。このため、この開口部７０と、プラグ７２とは、通常、内側の船殻２０と、外側の船殻２８との間の空隙に曝され、検査および保守を容易に行うことができる。
構成材組み立て工程は、船舶の建造が進むにつれて、繰り返され、隣接する構成材の据え付けが完了する。ここで議論する組み立て方法は、例示的なものにすぎない。他の船の組み立て方法については知られており、本発明の一部として解釈される。
選択されたエラストマーの構造上または接着剤としての特性は、溶接の熱によって損傷される場合があるので、エラストマー３８が内側および外側のプレート３４と３６との間の所定位置に配置された後、隣接する複合構成材１８ａと１８ｂとが溶接により固定される場合、溶接マージン５８を設けなければならない。この溶接マージン５８は、溶接されるべき接合部付近のコア空洞部５６の適切に寸法決定された部分であって、このマージン５８は、少なくとも当初は、エラストマーを欠いたものである。溶接中の接合部から約７５ｍｍのマージン５８は、エラストマーコア３８への損傷を防ぐのに充分である。溶接接合部から７５ｍｍの鋼材の温度は、通常、約１５０℃であって、溶接接合部またはその付近の鋼材の温度は、かなり高くなる。溶接作業が完了して、接合部が例えば１５０℃まで冷却された後、溶接マージン内の空隙を、構成材である内側および外側のメタルプレート３４と３６に設けられた開口部７０を通じてエラストマで満たすことができる。一方、１つの構成材の溶接マージン５８は、隣接構成材の何も入っていないコア空洞部５６を通じてエラストマで満たすことができる。
エラストマーとしては、内側および外側のメタルプレート３４と３６のメタルに適切に接合できる能力を持つものが選択されると解釈される。一方、適切な接合剤は、接着を促進するのに用いることができる。即ち、接着剤は、このエラストマーをメタルプレートに接合するために用いることができる。また、メタル「スキン」プレートは、知られている手段によって、予め成形されたエラストマーコアに機械的または化学的に接合されることができる。適切な寸法のスペーサが、「スキン」プレート同士の間に設置されて、接合作業時に適切なスペースを維持してもよい。
スチール−エラストマー−スチールの複合パネルのコアとして適切と考えられる材料は、様々であるが、この複合パネルのコアに好ましいエラストマーは、適切な化学的および物理的特性を有する熱硬化ポリウレタンエラストマーである。エラストマーに関する具体的な詳細については、本明細書で引用例として参照されるＥｎｇｉｎｅｒｒｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＨｎａｄｂｏｏｋ、Ｖｏｌｕｍｅ２，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓａｔｉｃｓ（１９８８ＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に述べられている。熱硬化ポリウレタンエラストマーは、例えば、以下の物理的特性および特徴をもつエンジニアリング材料である。２０ＭＰａから５５ＭＰａの引張り強度、７０Ａから８０Ｄまでのショア硬さ、１００％から８００％までの伸び率、２ＭＰａから１０４ＭＰａの曲げ率、摂氏−７０度から１５度のガラス転移温度、耐磨耗性、低温たわみ性、低温衝撃強度、長期間たわみ性、耐引き裂き性／耐切傷性、耐燃料性および耐オイル性、良好な弾性／跳ね返り性、耐オゾン性、耐候性、耐温度性。これらの特性は、対応するＡＳＴＭ規格に従って定義され、特徴付けられる。ポリウレタンエラストマーの商品としては、荷重の重い産業用ローラ、キャスター車輪、外部塗装自動車体部分、油圧シール、ドライブベルト、注入／ブロー成形部、注入成形グリースブーツ（カバー）、ブローおよびフラットダイ押し出しフィルム、およびシート生成物（厚さ０．０３ｍｍから３ｍｍ）、配管、ホースカバー、スポーツシューズ、ワイア、ケーブル保護カバーが挙げられる。商用ポリウレタンエラストマーの特性および特徴は、化学的性質を変えることによって特定の用途に適合できる。ポリウレタンエラストマーは、これまでメタルスキンとの複合サンドイッチ構成では、二重船殻オイルタンカーなどの格納船舶用には使用されてこなかった。
明らかに、複合構造パネル１８のエラストマのコア材料は、運航上の荷重を支持するためメタルスキンプレート３４と３６との両方にしっかりと接着されなければならない。更にまた、硬化エラストマのコア材料３８は、充分な密度、引張り強度、延性、せん断強度、圧縮強度など適切な構造特性を有して、例えば、座礁または衝突などの偶発的または極端な荷重がかかる事象のときに、高い強度と、延性と、耐久性と耐衝撃性など造船用途において望ましい特性を持つ複合パネル１８が提供されねばならない。適切な組成のポリウレタンエラストマーは、耐水性および耐オイル性など他の適切な特性と、絶縁に対する耐熱性を有する。
複合パネル１８構成のエラストマーコア３８は、幾つかの方法で貨物の運搬に貢献する。第１に、内側および外側のスチールプレート３４、３６と、エラストマー３８との間で行った接着により、通常のホギングおよびサギングモーメント下で発生する比較的薄いメタルプレート３４と３６の局所的なバックリングが防止され、縦桁２２同士の間に近接して離間された縦スチフナの必要性、および近接して離間された縦桁２２の必要性がなくなる。第２に、エラストマーコア３８は、内側および外側のメタルプレート３４と３６との間に充分なせん断を伝達するのに適した物理特性と寸法とを備えて、内側および外側のプレート３４と３６の曲げ強度を向上させる。複合パネル１８の内側および外側のプレート３４と３６とは、互い分離しているため、同じプレート総厚さを持つ従来の単一メタルプレート１４よりも約１０倍の曲げ強度を備える。対応する単一プレート構成材に比べて、複合構成材はかなり高い強度をもつ結果、例えば、縦桁２２、フレーム２４または隔壁２６などの複合構成材は、更に間隔を大きくとって配置されることができるので、より少ない複合構成材しか必要とされない。更にまた、より強度のある複合構成材により、スチフナ７は殆ど、または全く必要なくなる。したがって、船舶を建造するのに必要な鋼材の全重量を増加させることなく、従来技術の鋼材の二重船殻において必要な追加分の縦桁３、フレーム１１と２、プレートスチフナ７に通常使用される鋼材は、複合船殻プレート１７と１８、および桁２２、フロア２４、隔壁２６とウェブ３２などの構造部材に再配置されて、鋼材コストを増やすことなく構造面の性能を向上させることができる、より強度のある個々の構成材を得ることができる。エラストマーコア３８は、複合パネル１８の内側および外側のメタルプレート３４と３６との間に充分な縦せん断転移をもたらし、プレート３４および３６全てが弾性断面係数、ひいては全体としてタンカーの耐モーメント性の向上に貢献することができる。このエラストマーにより、船殻構造のせん断バックリング能力が増加する。従来技術の単一の厚いスチールプレートの代わりに、互いに分離されて、構造エラストマー３８に接着される２つの薄いスチールプレート３４と３６を用いることにより、耐引き裂き性、または耐破壊性のある船殻が、従来の構造と同等またはそれを下回るコストで達成される。これは、スチールプレートが、より費用のかかる切り欠きねばり強さのあるスチールとして指定される必要がないからである。複合パネル１８におけるこの２つのスチールプレート３４と３６の厚さの分布は、規定されず、例えば、荷重支持能力、耐腐食性および耐磨耗性などの要素に対する構造的な性能および耐久性を最適化するように分散される。
例えば、船殻パネル１７、縦桁のフロアフレーム２４、および隔壁２６など、船殻構成材に従来のスチールプレートに代えて複合パネル１８を使用することにより、これら個々の船殻構成材と船殻全体の強度増し、複合船殻パネル１８における内側および外側のスチールパネル３４と３６の厚さが減少すると同時に、例えば、ホギングおよびサギングを発生させる実働貨物など、面内の実働貨物を運搬するのに必要なスチフナ７、フレーム１１、支持部材２、３など、従来の船殻構成材の数がかなり減少させる。また、従来のスチールプレートと、従来のフレームおよび支持部材の代りに、より強度のある複合パネル１８を使用すると、支持構造は簡潔になる。このより強度のある複合パネル１８により、かなり少ない構造部材での建造が可能になり、また、例えば、フロアフレーム２４を通る各縦部材、隔壁２６、フレームおよびブラケット（図示せず）、トリッピングブラケット（図示せず）などの構造上の交差部材の数をかなり低減させる。構造上の交差部材の数が低減して、疲労しやすくなる細部の数と、発生する可能性のある対応する疲労破壊の数が低減される。また、構造部材の数がより少なくなると、事故時にクラックが内側の船殻２０に伝播する機会も減少する。
最新の造船学技術と組み合わされた複合プレートシステムにより、耐衝撃性のあるじん性のある構造が備えられる。複合パネル１８の外側のスチールプレート３６は、硬質の摩耗保護表面として機能する。エラストマーコア３８は、エネルギーを吸収して、内側のスチールプレート３４への横方向の荷重を分散し、延性の高い耐熱性材が得られる。また、内側のスチールプレート３４は、硬質の摩耗保護表面としての役割も果たし、非弾性の膜活動において衝撃荷重の大部分を支持する。このサンドイッチ構造の考え方により、複合パネル１８の外側および内側のスチールプレート３４と３６との間の鋼材層の厚さの最適な分散が可能になり、最も有効な構造システムを提供する。エラストマーコア３８の断熱特性により、内側のスチールプレート３４への、より暖かい環境を提供すると共に、縦桁２２やフロアフレーム２４などの構造スチール部材の支持を提供し、コストの少ない、耐破壊じん性の低いじん性のあるスチールの使用が可能になる。偶発的または極端な荷重条件において、複合パネル１８の延性のあるエラストマーコア３８により、内側および外側のメタルプレート３４と３６の耐破壊性が増強され、縦桁２２やフロアフレーム２４などの支持部材にわたって変形するにつれて、内部および外部のメタルプレート３４と３６のひずみ領域がより均等化され、局所的なせん断変形が低減されると共に、衝撃荷重の場合に、横支持部材での内側および外側のメタルプレート３４と３６の耐引き裂き性を大きく向上させる。複合パネル１８の内側の船殻２０内のエラストマーコア３８は、有効なクラック停止層を、外側の船殻２８と、衝突時または座礁時の損傷に通常耐えうる底部または側部構造と、貨物タンクを並べる内側の船殻２０の内側のスチールプレート３４との間に与える。他のクラック停止部材とともに、このクラック停止層により、外側の船殻の破壊から貨物タンク内にクラックが伝播することから発生するオイル流失の可能性をかなり低減させるだけでなく、解消もする。
構造システムの簡略化により、部材の密集が少なくなり、また、そのフラットな表面により、その上の保護コーティングの適用、検査、維持をより容易にする。コーティングの破壊は、フランジの下部またはフランジウェブの交差部分（図示せず）など、アクセスが困難な領域において通常最も一般的である。このような領域では、もともとのコーティング適用が不適切で、後続の保守用のコーティングの適用が困難である。この複合パネルシステムは、保護すべき表面領域が少ないため、腐食に関する問題が起きる可能性が低減し、寿命が長くなる。
スチール−エラストマー−スチールの複合パネルの二重船殻構造を建造する初期コストは、従来の全スチール製の補強されたプレート区画より少ない。エラストマーコア材料のコストや、複合パネルに関連する据え付け、および追加溶接のコストは、従来のスチールプレートスチフナ７がかなりの数いらなくなること、例えば、縦フレーム、横フレーム、フロア、または隔壁の交差部分で、カラープレートや補償ラグなどの支持部材がいらなくなること、従来の船殻では塗装と保守が必要なかなりの表面領域がいらなくなくなることによって相殺される。寿命の増加と、損害賠償額や貨物保険コストの低減、より軽量の船から発生した運転コストの低減、オイル移行時の加熱コストの低減において更なるコスト的な利点が実現される。
二重船殻オイルタンカーを使用する基本的な理由は、座礁または衝突などの偶発的または極端な荷重がかかる事象の場合、オイル流出の確率を最小限にするためである。これに関して、本発明のシステムは、従来技術の設計よりも優れた性能を備える。
従来技術の底部船殻部分に関する大規模な座礁試験では、現在のスチール製の二重船殻方式の内部の船殻の破壊が、岩または他の物体が船殻内に貫通する深さが、内側の船殻と、外側の船殻との間の間隔より短い場合でも、外部の船殻の初期破壊によるクラック伝播の結果として発生することが示されている。また、クラック停止、保護層１５で貨物タンクを隔離することが重要である。第７図から第１０図に、複合船殻プレート１８と、複合横隔壁２６、複合フロアフレーム２４、複合縦桁２２との交差部を図示する。複合縦桁２２は、横隔壁２６の下にある複合フロアフレーム２４に向かって延び、このフレームに結合する。縦桁２２の縦方向エッジは、外側の船殻２８の内側のプレート３４、および内側の船殻２０の外側のプレート３６にのみ直接結合される。スペーサ４４は、内側の船殻２０の複合プレート１８内に配置され、縦桁２２同士の間の中間に配置される。第８図によると、簡単なフィレット溶接４８によって、内側の船殻２０の外側のプレート３６の内表面６６にスペーサ４４のエッジ４６を固定し、単一の突き合わせ溶接５５によって、内側の船殻の内側のプレート３５ａおよび３５ｂのエッジ５２と５４それぞれと、スペーサ４４のエッジ５０とが固定されて、複合パネル１８のそれぞれのプレートが合体される。これらの簡易化された溶接細部は、製造を容易にし、溶接操作の自動化を容易にするよう構成される。縦桁２２同士の中間距離にスペーサ４４を、内側の船殻パネル２０内のスペーサ４４の位置に隣接した横隔壁２６におけるフロアフレーム２４内の半円の隙間６０との組み合わせで、設置すると、効果的なクラック停止バリアとなる。第８図から第１０図に、内側の船殻２０の内側の金属層３４と、外側の金属層３６との間の唯一の、金属対金属の直接接触部が、スペーサ４４であることが明確に図示されている。内側の船殻２０は、横桁２２からかなりの距離にスペーサ４４を設置したり、内側の船殻の複合パネル１８内のスペーサ４４の位置に近接するフロアフレーム２４内に隙間６０を備えたりすることにより、クラック伝播の影響から効果的に隔離されてきた。縦桁２２を通じて外側の船殻２８から上方向に伝播したクラックは、内側の船殻２０内のエラストマーコア３８によって停止する。フロアフレーム２４や、他の同様の横構造部材を通じて外側の船殻２８から上方に伝播したクラックは、隙間６０で止まり、スペーサ４４を通じて、内側の船殻２０の内側のプレート３４にクラックが伝播するのを効果的に防止している。
半円状の隙間６０は、疲労によるクラック伝播がある構造においてクラックを止めるのに使用される典型的な構造上の不連続性である。プラグ６２は、半円状の隙間６０をつめる。プラグ６２は、両側の水蜜区画をなすフロアフレーム２４の両側に周辺フランジ６４を有する。このプラグは、他の種類のプラグも考えられる、例えば所定の位置に成形されたエラストマーであってもよい。第８図、第９図、および第１０図には、貨物タンク６８が、ポリウレタンエラストマーコア３８によって、外側の船体構造から効果的に隔離され、内側の船殻２０の内側のメタルプレート３４と、船体構造の残りとの唯一の直接的な金属間結合が、第８図に示す内側のメタルプレート３４と、外側のメタルプレート３６との間のスペーサ要素４４だけである状態が明らかに示されている。
第９図に図示する通り、隔壁２６は、内側の船殻２０の内側のプレート３４に溶接などの手段によって固定される。内側の船殻２０の下では、フロアフレーム２４が、隔壁２６を支持し、内側の船殻２０の外側のプレート３６に溶接などの手段によって固定される。このエラストマー層３８は、フロアフレーム２４と、隔壁２６との間にクラック停止層１５を形成する。内側のプレート３４と、内側の船殻２０の外側のプレート３６との間に金属同士の直接接触が無いようにするため、内側の船殻２０が、フロアフレーム２４と、隔壁２６との間を通過する場合、隙間６７（第１３図）は、この隙間がフロアフレーム２４と、隔壁２６との間を通過する場合は縦スペーサ４４（第１３図の側面図に示す）に設けられ、２０ページで印の付いた横構成材のいずれかの側に短い距離だけ延びる。追加のエラストマースペーサは、縦スペーサに対して横方向に設置して、フロアフレーム２４、および隔壁２６のまわりに溶接マージンを与えてもよい。溶接に続いて、隙間６７は、エラストマーで充填される。隙間６７には、続いてエラストマーが充填される。これにより、貨物タンクは、他の船舶が船殻の側部構造に衝突することから発生する可能性のある鋼材を通じて伝播するクラックから効果的に隔離される。
生来のクラック停止に加えて、本発明は、ＣＤＨまたはＡＤＨを越えるエネルギー吸収能力の増加をもたらす。エラストマーの断面係数と跳ね返り性が増すなど、スチール−エラストマー−スチールのサンドイッチパネルの物理特性および振る舞い特性とを結合させた船殻プレート内のスチールプレート材料の濃度が高くなると、局所的な可塑性を広げる傾向があり、例えば、鋭い、または小さい荷重点周辺の局所曲げひずみと、せん断ひずみとを低減させると共に、偶発的または極端な荷重がかかる条件下でプラスチック変形する（しわ状になる）設計された縦桁により、プラスチック膜活動における材料変形を最大限にし、その材料が被衝突物体または衝突物体に接触することを最大限にし、引き裂きの開始を遅らせて、エネルギー吸収能力を増加させる。その結果として、じん性のあるスキン船殻と、より大きな耐衝撃性を持つオイルタンカーとなる。非破壊性を確実にするため、このオイルタンカーは、偶発的または極端な荷重がかかる想定されるいかなる事象の後でも船殻の桁の完全性を維持する設計である。構造上の配置の簡略化により、直交するフレーム部材の交差部分の数と、疲労の起きやすい部材の数とを減少させる。
上記に図示された簡略化された構造システムを備える結果、塗装したり腐食から保護する表面領域が少なくなり、存在する表面領域は、概ね平面状で、障害物がない。したがって、保護コーティングの適用、検査、保守が、より容易になる。これらの要素は全て、初期建造コスト、実働中の保守コストを低減させ、船舶の実働寿命を増加する働きがある。
ポリウレタンエラストマーの熱特性により、外側の船殻の内側のプレートと、内側の船殻の各プレートと、縦桁とを、例えば、寒冷地でのオイルタンカーの運航の場合など周囲温度から隔離し、鋼材に対する切り欠きじん性の要件と、衝撃荷重条件下での脆性破壊の可能性とを低減させる。内側の船殻の場合、この熱的な隔離により、オイル貨物の移送中の加熱に関連する実働中のコストを低減させる。
このエラストマーとしては、耐燃料性および耐オイル性があり、水に対する浸透性が無いものを選択できる。この選択されたエラストマーは、成形されるスチールプレートに完全に接着する筈である。適切に選択されれば、このエラストマーは、腐食または摩耗によって船殻プレートの１つのいずれかの部分に穴ができた場合でも、水、燃料、オイルが、いずれかの船殻の内側および外側のプレートの間を移行するのを防止できる。
本発明のシステムは、建造および維持がしやすいように構成され、コストの点でも競争力のある設計となっている。
本発明の教示を組み込んだ１つの実施形態について、ここで図示し説明したが、当業者であれば、全て本発明の範囲内に含まれる、これらの教示を組み込んだ他の多くの変形例を即座に考案することができよう。Field of Invention
The present invention provides a flexible, impact and tear resistant composite sandwich plate for ships, such as tankers, bulk carriers, ships, etc., that need to accommodate objects under extreme or accidental loading conditions; It relates to the structural system.
Description of prior art
Value that may arise from cargo spills due to ship destruction under extreme or accidental loading conditions, such as collisions, groundings, fires, explosions, etc. due to increased social, economic and political pressure Technology has been developed to reduce or eliminate the risk of pollution and damage to the marine environment, as well as the loss of certain cargo. In particular, ships carrying dangerous goods are increasingly required to comply with additional requirements imposed by regulatory agencies, ship and cargo insurers, shipowners and financial institutions. Increasing the cost of liability for dangerous goods leaks and increasing freight value has further encouraged the development of vessels that prevent spills and destruction.
One way to store things is to have a double hull for an oil tanker. The inner hull of a tough single plate structure containing the cargo is supported in the outer protective hull, which is also a tough single plate structure. A conventional double hull has a vertical frame and a horizontal frame between an inner hull and an outer hull. Another more sophisticated double hull has only a vertical frame between the inner hull and the outer hull, providing a simplified structure suitable for assembly line production with robotic devices. Both traditional double hull and advanced double hull designs have a transverse bulkhead between the cargo compartments in the inner hull and between the inner hull and the outer hull. You may have a some partition between the ballast division normally arrange | positioned. Variations on the double hull design have a structure with only a double bottom or a double bottom and a double hull side. To reduce weight, the deck is typically a single plate structure. In addition, high energy can be absorbed in the double hull of the curved plate by the convexly curved hull plate between the vertical frames.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a typical double hull oil tanker designed by conventional shipbuilding. FIG. 2 illustrates the arrangement of cargo tanks and other compartments for a typical double hull vessel.
The advantages of double hull construction over conventional single hull designs are also well known. These benefits include improved cargo handling efficiency, reduced cargo contamination, and reduced water pollution due to separate cargo holds and ballast tanks. In addition, a double hull constructed according to an international standard that requires a distance of 2 meters between the inner hull and the outer hull makes the outer hull holes in collision and stranded. The risk of spillage and destruction due to drilling is reduced. New features of the advanced double hull include ballast that provides improved strength, ease of manufacture, reduced welding and steel surface area in the ballast tank, improved inspection and improved maintenance. It is easier to get in and out of the tank, and more oil is stored in the inner hull during high-energy grounding. According to current technology, double hull ships involved in low energy, low speed impacts are less vulnerable than single hull ships and are less likely to cause contamination. It is well known that improved tanker designs, such as double bottom, double side, double hull, mid deck, reduce the risk of oil spills from accidents if not eliminated. Tests show that advanced all-steel double hull designs dissipate more energy than conventional all-steel double hull designs, but both designs are subject to fatigue cracks and extreme loads. When the event occurs, the inner hull is weakened by the propagation of cracks originating from the cracks propagating from the broken plate.
Patents relating to improving the energy absorption capacity of the double hull structure in the event of accidental or extreme loading, such as stranded or impact, include Kulikowski III et al. US Pat. No. 5,218,919 and Stuart No. 5, There are 477,797. Both patents are aimed at refurbishing existing single hull tankers with external hulls into double hull tankers. Patents such as Krulikowski III describe that a steel auxiliary hull stacked outside an existing oil tanker hull is supported using a telescopic energy absorbing member formed and arranged like a truss. is doing. Details of the mounting member to the horizontal partition and the deflection suppressing device are also described. The space between the hulls is filled with polyurethane foam / balls to disperse the impact force, support the auxiliary hull under hydraulic loads, and provide additional buoyancy when the auxiliary hull is destroyed . The Stuart patent describes the structure of an auxiliary hull attached to the hull outside the existing oil tanker. The hull is composed of a series of steel plates with vertical frames forming a honeycomb structure between the hulls when viewed in cross section. The combination of a stress relief joint that discontinues the outer hull and the honeycomb structure of the inner hull creates a damage-resistant hull. This structure also allows the inner hull space to be submerged to a level where an appropriate ballast can be obtained using pressurized inert gas and a vacuum pressure system. These modified outer hull structures do not address the possibility of cracks propagating to the inner hull due to the destruction of the outer hull, and are associated with the production and maintenance of the auxiliary hull structure. The cost and its practicality are not properly handled. With current retrofit designs, it is difficult, if not impossible, to enter and leave the hull for inspection and corrosion maintenance. External hulls in the retrofit design do not contribute to carrying all operational loads, and add significant useless weight to tankers with limited structural functions.
Verolme US Pat. No. 4,083,318 and Asai No. 4,672,906 relate to LNG (liquefied natural gas) tankers and tankers that carry cold or hot cargo. In these tankers, the cargo tank is divided from the tanker and does not form part of the hull girder system that supports the tanker load.
For all-steel double hull structures today, these design types meet the performance criteria for zero oil spills after accidental or extreme load events such as crashes, groundings, explosions, and fires, while There are serious drawbacks that reduce the possibility of maintaining competitiveness in terms of costs for construction, maintenance and service life. One disadvantage is that the current double hull structure is related to statistical data on rock drilling measured from tanker accidents recorded so far, with minimal separation between hulls. This is based on the design of traditional shipbuilding in accordance with international agreements and domestic standards that govern the use of heavy hull structures.
Ship hulls built according to traditional shipbuilding standards are complex systems with steel plates and plate steel structural members such as frames, bulkheads and girders. The support capacity of the steel plate and support member is a number of stiffeners of the type well known to those skilled in the art, such as flat, chevron or grooved metal stock fixed to the plate surface. It is enhanced by strengthening. This complex system of hull structure and plate stiffeners is the source of fatigue failure and also the source of hull plate tearing (fracture) when accidental or extreme loads are applied. This type of hull is costly to build due to the large number of pieces that need to be cut, handled and welded, and the significant surface area that must be protected. In addition, these typical complex structural systems are very densely packed, resulting in poor accessibility, poor testability, poor maintainability, and increased maintenance costs. In addition, the service life is reduced due to corrosion.
In addition, recent large-scale grounding tests on the double hull section have shown that external hulls at or near the transverse members, despite the superiority of double hull vessels over single hull vessels. As a result of crack propagation from initial shell failure, it is shown that inner hull failure may occur due to currently available steel double hull designs. Cracks generated in the outer hull propagate through the structural member between the inner hull and the outer hull and spread to the inner hull. As a result of the destruction of the inner hull, oil is clearly spilled from the destroyed cargo hold. Providing a crack stop layer and other structures to prevent the propagation of cracks through the steel structure in the cargo tank is not disclosed in the current design scheme. Therefore, preventing or reducing oil spills in the event of accidental or extreme loading is not always adequately handled by currently available design schemes.
Large steel and polyurethane foam composite sandwich plates have been tested to test their ability to prevent spills and hull failure. These tests confirm that the polyurethane foam does not necessarily adhere properly to the steel plate and has little shear strength. The low shear strength minimizes the bending ability of the composite, and the lack of adhesion increases the in-plane buckling ability and eliminates the need for plate stiffeners. This eliminates the possibility of using steel and composites. The low density foam material used in the test has little or no tensile strength necessary for the structure, and lacks the compressive strength. Usually, the tested foams functioned as a crack stop layer but did not function structurally. Therefore, the composite structure of a required crack stop structure was not obtained. This tested foam had some energy absorption capability, but this capability was small compared to steel in membrane activity. This foam reduces local strain on the steel plate around the concentrated load point, but breakage of the steel hull plate due to shear tension is delayed but cannot be prevented.
For this reason, the prior art simplifies the complexity of the hull structure, increases the energy absorption capacity in case of accidental or extreme loads, and the behavior of the plastic, thereby destroying the hull and propagating cracks. There is a need for a hull structure system that reduces or eliminates the loss of cargo due to erosion.
Summary of the Invention
The disadvantage inherent in the prior art in providing the above-mentioned double hull tanker is that the steel elastomer steel structure hull panel, frame, support member, and the tough structural elastomer of the steel plates are joined together. Is advantageously eliminated by the teachings of the present invention. This elastomer should preferably be hydrophobic and have sufficient ductility to exceed the yield strain of the steel plate without breaking to prevent water absorption that can lead to rusting of the plate. is there. This composite panel is used to build a hull at least inside the double hull. Preferably, the steel-elastomeric steel composite panel is used to build the inner hull, outer hull, bulkhead, floor, deck and collapsed frame, support members and form whatever shape is required Can be done. The elastomeric layer in the composite panel that forms the inner hull provides an effective crack stop layer between the inner steel plate of the inner hull and the outer steel plate of the inner hull, in particular. Ships inside from cracks propagating from other support members such as web frames and horizontal frames designed for both horizontal hulls, transverse members such as floor frames and bulkheads, working loads, and accidental or extreme loads Effectively isolate the steel plate inside the shell. Furthermore, composite panels are stronger and tougher than conventional steel plates, so the number of frames and support members is significantly reduced while strength, service life, construction costs, maintenance costs, and non-destructiveness. Meets or exceeds current design standards.
In accordance with the teachings of the present invention, a steel and polyurethane elastomer composite sandwich plate system with a suitably precise floor and transverse bulkhead, and particularly suitable for use in a containment vessel such as an oil tanker, is known in the art. Manufactured to almost eliminate the shortcomings associated with ships. Specific details regarding hull design can be found in “American Bureau of Shipping and Affiliated Companies, 1996 Part 3, Full Construction and Equipment; Part 5, Specialized.”
[Brief description of the drawings]
The teachings of the present invention can be readily understood by considering the following detailed description in accordance with the following drawings, in which:
FIG. 1 is a perspective cross-sectional view of a prior art all-steel double hull oil tanker having a unidirectional girder system and a reinforced steel hull plate.
FIG. 2 is a front view of a prior art double hull tanker illustrating the general arrangement of cargo and ballast dividers.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a medium cross-section of a prior art double hull tanker for structural members and a transverse bulkhead illustrating a stiffener system.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the cross-section in the double hull of a transverse bulkhead having a composite panel configuration according to the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a cargo hold of a double hull ship configured with a composite panel according to the present invention.
FIG. 6 is a cutaway sectional view of a double hull transverse bulkhead structure with a composite panel according to the present invention.
FIG. 7 is a cut-away sectional view showing details of a crack stop portion for a horizontal partition wall according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a composite panel constructed in accordance with the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the inner panel and partition walls of the composite panel configuration according to the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing inner and outer hulls and a support member of the composite panel-equipped configuration according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 of FIG. 10, showing details of the elastomeric plug that seals the crack stop notch.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a composite panel constructed according to the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the inner hull, bulkhead, and composite spacer of the configuration with the composite panel according to the present invention.
Detailed description
The teachings of the present invention are applicable to any structure, ship, tanker, bulk carrier, or any ship that needs to contain objects when an extreme or accidental load event occurs. The invention will be discussed with reference to a double hull oil tanker for illustrative purposes only. Those skilled in the art will readily understand how the teachings of the present invention can be incorporated into configurations such as road vehicles, railway vehicles, other containment vessels such as storage tanks, bulk carriers, and the like.
In existing designs, impact resistance and non-destructive research, rules and regulations, and structures are usually directed to conventional double hulls and double hulls made of all steel. For example, a typical conventional double hull (CDH) design as illustrated in FIGS. 2 and 3 for a 40,000 DWT (loading ton) tanker comprises an orthogonal reinforcing bottom 1 and Characterized by a transverse web frame 2, an inner hull 10 with a stringer 3 and an outer hull 12. The hull plate 4 is welded or attached to the stringer 3. A web frame 2 that is transverse to the stringer 3 is mounted between the stringers 3 to fix and stabilize the beam 3. The top view of FIG. 2 illustrates a typical layout of a tanker having an outer hull 12 and an inner hull 10 in the cargo containment portion of the outer hull 12. The partitioned cargo holds 13 in the inner hull 10 are separated by the bulkhead 6. The section 102 outside the cargo hold 13 may be used as a ballast tank in the lower part of the hull.
Typically, the load carrying capacity of the hull plate 4, deck plate 5, web frame 2, floor frame 11, partition wall 6, girder 3 is enhanced by adding a stiffener 7 as shown in FIG. Numerous stiffeners 7 are required to reinforce the hull plates 4 of both the inner and outer hulls 10, 12 and the deck plate 5. Additional stiffeners (not shown) are also found on the spar 3, the partition 6, the frame 2, and the spar 3. It should be understood that this type of structure may not be designed to be shock resistant to accidental or extreme load events such as grounding or impact. The advanced double hull (ADH) has a predominantly vertical unidirectional frame between the outer hull and the inner hull. This high-grade double hull has a very small number of cross members, but always has a horizontal bulkhead 6 between the cargo compartments 13 and is disposed between the inner hull and the outer hull. The horizontal floor frame 11 may be provided between the ballast sections 102. Like conventional double hulls, the carrying capacity of advanced double hull steel plate components is enhanced by securing a number of stiffeners 7 to the surface of the steel plate components.
In a recent study of the impact of high energy impact stranding on conventional and advanced all-steel double hull structural systems, the outer hull 12 is the largest in membrane motion of the steel plate 9 between the girders 3 As a result of exceeding the stress, it is suggested that the fracture of the inner hull 10 is usually caused by the propagation of vertical cracks from the lateral frames 2, 11 and the bulkhead 6. That is, this breakage is caused by the breakage of the outer hull 12 at or near the lateral members 2, 6, 11, such as the partition wall 6, the floor 11, or the frame 2. When foreign matter enters the ship's hull, a part of the inner hull 10 is pushed inward by direct contact with the foreign matter, for example, the hull girder 3 or the floor frame 11. Or is pushed inward (lifted) indirectly by a support member such as. For example, the inner hull plate 14 in the impact zone is restrained from being “lifted” of the inner hull plate 14 until the cross member 11 restrains the inner hull 10 so that the lateral member 11 does not move further inward. The film may be deformed until an extreme film stress is generated at or near the position. This extreme film stress directly triggers an initial crack in the transverse members 2, 6, 11 that constrain the inner hull plate 14 or the constrained inner hull plate 14. Lead to destruction. Typically, a tanker bottom structure without a spill requires a design with an inelastic membrane deformation in which the inner hull 10 is “lifted” without breaking.
In order to achieve this object, according to the present invention, the hull structure in which the crack stop layer 15 (FIG. 4) is at least at the position of all the transverse members such as the floor frame 24 and the bulkhead 26, for example. It is preferably incorporated into the object, but preferably over the entire hull structure if possible.
For orientation purposes, in this discussion, when the word “inside” is used for a component, it usually refers to the component closer to the ship's cargo hold. When the word “inside” is used with respect to a surface, it usually refers to the surface opposite the cargo hold. In particular, the inner surface 63 (FIG. 8) of the inner metal plate or the layer 34 of the inner hull 20 faces the cargo hold 68 and is normally exposed. When the term “outside” is used in reference to a component, it usually refers to a component that is relatively distant from the cargo hold. When the term “outside” is used in reference to a surface, it usually refers to the surface facing away from the cargo hold.
Referring now to FIG. 4 illustrating the present invention, some or all of the composite panel ship structure system for building a tanker constructed, for example, of a unidirectional double hull sandwich plate system (UDHSPS) Includes a tough impact resistant hull 16 comprised of a steel-elastomer-steel composite panel 18 supported by a suitably precise collapsible structure which is a composite system. Referring now to FIG. 5, the composite panel 18 is composed of an inner metal plate 34 that is spaced apart from the outer metal plate 36 and faces the metal plate. The inner and outer metal plates are joined to the intermediate elastomer core 38. An inner hull having two opposing sides 74 and 78 and a bottom 76 forms a cargo hold 68. The deck 40 extends from the top of the side 74 to the top of the side 78 and closes the top of the cargo hold 68. Bulkheads 26 at each end of cargo hold 68 are coupled to sides 74 and 78, bottom 76 and deck 40 to close cargo hold 68 almost completely. The outer hull 28 having two sides 80 and 82 and a bottom 84 is spaced apart from the two sides 74 and 78 of the inner hull 20 and the bottom 76, respectively, and closes them. The outer hull 28 is coupled to the inner hull 20 by a support member that includes a stringer 22 and a horizontal floor frame 24. At least the inner hull 20 is composed of a composite panel 18. Preferably, the inner hull 20, the outer hull 28, the stringer 22, the floor frame 24, and the bulkhead 28 are composed of the composite panel 18. Whether composed of a composite panel 18 or a conventional single steel plate, the various components are required to equip the elastomeric core 38 of the composite panel 18 as described below. Are joined together by welding or other conventional means with a tolerance of.
UDHPS significantly increases the non-destructiveness of the inner hull 20 containing cargo in the event of a collision or grounding, especially if it does not eliminate the oil spill in such an event compared to a conventional double hull. Reduce considerably. This UDHSPS is configured to behave in a ductile mode under accidental or extreme loading conditions, as well as inelastic membrane operation of composite panel hulls, conventional steel panels, and / or steel-elastomer-steel composites. The panel support member is configured to absorb energy by plastic deformation. To minimize or eliminate oil spills, cargo hold crack propagation and tear propagation are prevented. Engage as many parts of the ship as possible during collisions or grounding to maximize absorption and dispersion of impact energy to stop tearing or cracking as a mode of breakage during extreme loading events . As a result, if not all oil spills are eliminated, they are minimized.
As far as oil tankers are concerned, UDHPS will have the same or greater strength against operational loads than conventional or advanced all-steel double hull ships designed according to current standards. Can design. As shown in the cross-sectional detail view of FIG. 5, the steel-elastomer-steel hull girder 22 according to the present invention has an inner metal plate 34 and an outer metal plate 36 in contact with the elastomer core 38, A hollow shape that can withstand typical or extreme static and dynamic loads, such as those associated with ship operations, with sufficient bending, shear, and twisting forces to function as a thin walled box beam. Prepare. These loads include, for example, hydrostatic load, dry dock load, thermal load, dynamic pressure distribution due to waves on the hull, sloshing of liquid cargo, green sea to deck, wave slap, inertial load, This includes loads during launch and anchorage, loads during ice breaking, loads during slamming, loads during forced vibration, loads during collision, and loads during grounding. FIGS. 4 and 6 illustrate a double hull central portion 42 and a transverse bulkhead 26 for a double hull made of a steel-elastomer-steel composite panel 18. Both the inner and outer hulls 20 and 28 are constructed from a steel-elastomer-steel composite panel 18 that is appropriately designed and dimensioned for a particular size and target vessel, respectively. The transverse bulkhead 26 shown in FIGS. 6, 7 and 9 is also composed of a steel-elastomer-steel composite panel 18 supported by horizontal and vertical web plates 30 and 32, respectively, as a composite panel 18 configuration. Is done.
The composite panel 18 can be manufactured as individual components such as, for example, the hull panel 17, floor frame 24, girder 22, bulkhead 26, and then shipped and assembled in a variety of ways into a complete ship subassembly. It is done. The inner and outer metal plates 34 and 36 (FIG. 5) of the composite panel 18 are positioned in a generally spaced relationship to form a cavity 56 (FIG. 12) of the elastomer core 38. In the preferred embodiment, the inner and outer metal plates 34 and 36 are each steel. Other metals can be used, such as stainless steel when high corrosion resistance is required, or aluminum when light weight is required. Because the composite panel 18 is significantly stronger than a single plate metal, other more flexible types of metal can be used to construct the composite panel.
As shown in FIG. 8, a spacer element 44 ("" is preferably provided between the inner metal layer 34 and the outer metal layer 36, and between the inner metal layer 34 and the outer metal layer 36. Properly maintained by the spacer "). The spacer element 44 may comprise a continuous strip-like member. Alternatively, the spacer element 44 may include a plurality of individual spacer members randomly or in a single pattern. The spacer 44 can be composed of metal or other suitable material that is placed between the inner metal layer 34 and the outer metal layer 36. The spacer element 44 may be welded or joined to the inner metal layer 34 and / or the outer metal layer 36. Preferably, the spacer 44 is a continuous strip-like member having opposing longitudinal edges 46 and 50.
The spacer 44 is welded to the plate 36 by a fillet weld 48 on one longitudinal edge 46 at a point along the midline of the outer metal plate 36, which is typically intermediate between the stringers 22. Preferably, the spacer normally travels only in the longitudinal direction with respect to the ship structure, but may travel in the lateral direction as necessary. Since the inner metal plate 34 having substantially the same length and width as the outer metal plate 36 is staggered in the lateral direction, the edges 52 and 54 of the abutting inner plates 18a and 18b are naturally It contacts the spacer edge 50. The edge 50 of the spacer 44 can serve as a support member for the adjacent edges 52 and 54 of the abutting panels 18a and 18b. The spacer element edge 50 functions as a weld backing bar and supports the inner metal layer plates 18a and 18b until the butt weld 55 is complete. A spacer element 44 functioning as a backing bar helps to provide adequate weld clearance and minimizes welding preparation work. Butt weld 55 secures edges 52 and 54 of panels 18a and 18b to edge 50 of spacer 44. Elastomeric core 38 may be added after welding plates 18a and 18b through openings 70 in inner or outer metal plates 18a and 36, respectively.
The spacer element 44 may be a pre-manufactured or molded elastomer strip or block that is bonded or thermoset to a location between the metal layer 34 and the metal layer 36. On the other hand, in the space treatment, for example, a manufacturing jig holding each of the inner and outer plates is used to maintain a spaced distance to form the core cavity 56, and the elastomer core 38 is provided and cured. it can.
Preferably, individual components such as stringers 22, floor frame 24, bulkhead 26, inner and outer hulls 20 and 28, composite hull panel 18 maintain a suitable core cavity 56 between the plates of the component. However, it is manufactured in one piece on the ship under construction by at least partially securing the inner and outer steel plates 34 and 36 of the particular component at the location specified for that component. The elastomer is then placed in the core cavity between the inner and outer metal plates 34 and 36 by flowing or pouring in a liquid or viscous state to form the elastomer in place within the core cavity. The The elastomer, on the other hand, is placed in the core through one or more tubes of cross-sectional dimensions such that the elastomer can enter an open or unsecured edge of the component into an empty core cavity. . The length of this tube shall be a dimension suitable for containing the components. As the elastomer enters the cavity through the tube and fills the gap between the plates, the tube is retracted. This elastomer is responsible for the formation of this void, in this case in the form of the core cavity 56. On the other hand, the elastomer can be placed in the core cavity by injecting or flowing through plate openings or ports 70 (FIG. 7) provided in the inner and outer metal plates 34 and 36. The preferred location of the plate opening 70 is on the inner metal plate 34 of the outer hull 28 and the outer metal plate 36 of the inner hull 20 to prevent exposure to the external environment and cargo. These plate openings 70 are then sealed with a threaded metal plug 72. This elastomer is placed in the core cavities 56 of the individual components as the hull construction progresses, and the bulk or whole of the hull is placed between the inner and outer plates 34 and 36. Built with an empty core cavity 56, the elastomer can then be placed in this core cavity 56. When the flowable elastomer is in the core cavity 56, the elastomeric core 38 is cured, for example, by applying heat.
A preferred thickness for each of the inner and outer steel layers 34 and 36 is, for example, in the range of 6 mm to 25 mm, with an ideal thickness being considered 10 mm. These dimensions also vary depending on service or configuration requirements, as well as the type and quality of materials used. Those skilled in the art will appreciate that the inner and outer metal layers 34 and 36 need not have the same thickness dimension and need not be constructed of the same metal type or quality.
Numerous combinations and variations are possible without departing from the spirit or scope of the invention.
The thickness dimension of the composite panel can be selectively adjusted during the assembly of the laminate to achieve the structural strength requirements required for various components and attachments. The thickness dimensions of the inner and outer metal plates 34 and 36 and / or the elastomeric core 38 may vary according to specific requirements. Furthermore, the laminated panel 18 can be configured to have a panel portion with increased thickness in order to locally adjust the structural strength. The dimensionally increased panel portion provides an increased thickness of the elastomeric core provided by changing the size of the spacer element 44, for example, by changing the depth of the spacer element along the length of the spacer element. As a result of 38, composite panels 18 having various thicknesses are provided. On the other hand, a panel with increased dimensional thickness may have resulted from increasing the thickness of one or both of the inner and outer metal plates 34 and 36 of the composite.
The elastomer is preferably a thermoset type plastic and may require heat to cure the material and complete the molding process. Preferred polyurethane elastomers cure at a temperature of about 20 ° C to 60 ° C. Due to the residual heat due to the welding of the component materials, a part of the heat at the time of forming is given particularly near the welded joint. However, each part of the core cavity 56 away from the weld joint needs to supplement the heat of curing. The heat required to cure the elastomer core 38 is applied to the inner and outer metal plates 34 and 36 of the composite panel 18. The metal plates 34 and 36 immediately conduct heat to the elastomer in the core cavity 56 to complete the molding of the elastomer. On the other hand, when the temperature decreases or increases, an elastomer that flows and cures at ambient temperature can be selected.
When the core cavity 56 is filled with the elastomer 38, all openings 70 in the inner and outer metal plates 34 and 36 are sealed with threaded metal plugs 72. This opening 70 is preferably on the inner plate 34 of the outer hull 28 and is not exposed to the external environment, and is on the outer plate 36 of the inner hull 20 for cargo. Not exposed. For this reason, the opening 70 and the plug 72 are usually exposed to a gap between the inner hull 20 and the outer hull 28, and can be easily inspected and maintained.
The component assembly process is repeated as the construction of the ship proceeds, and installation of adjacent components is completed. The assembly methods discussed here are merely exemplary. Other ship assembly methods are known and are construed as part of the present invention.
Since the structural or adhesive properties of the selected elastomer may be damaged by the heat of welding, after the elastomer 38 is placed in place between the inner and outer plates 34 and 36, When adjacent composite components 18a and 18b are fixed by welding, a welding margin 58 must be provided. This weld margin 58 is an appropriately sized portion of the core cavity 56 near the joint to be welded, and this margin 58 is at least initially devoid of elastomer. A margin 58 of about 75 mm from the joint being welded is sufficient to prevent damage to the elastomeric core 38. The temperature of the steel material 75 mm from the welded joint is usually about 150 ° C., and the temperature of the steel material at or near the welded joint is considerably high. After the welding operation is completed and the joint is cooled to, for example, 150 ° C., the gap in the welding margin is filled with the elastomer through the openings 70 provided in the inner and outer metal plates 34 and 36 as the constituent materials. be able to. On the other hand, the weld margin 58 of one component can be filled with elastomer through a core cavity 56 that contains no adjacent component.
It is understood that an elastomer is selected that has the ability to properly join the metal of the inner and outer metal plates 34 and 36. On the other hand, a suitable bonding agent can be used to promote adhesion. That is, the adhesive can be used to join the elastomer to the metal plate. Alternatively, the metal “skin” plate can be mechanically or chemically joined to the pre-formed elastomer core by known means. Appropriately sized spacers may be placed between the “skin” plates to maintain proper space during the joining operation.
The materials considered suitable for the core of a steel-elastomer-steel composite panel vary, but the preferred elastomer for the core of this composite panel is a thermoset polyurethane elastomer with appropriate chemical and physical properties. Specific details regarding elastomers are described in Engineered Materials Hnabook, Volume 2, Engineering Plastics (1988 ASM International), which is incorporated herein by reference. Thermoset polyurethane elastomers are, for example, engineering materials with the following physical properties and characteristics. 20 MPa to 55 MPa tensile strength, 70A to 80D shore hardness, 100% to 800% elongation, 2 MPa to 104 MPa bending rate, -70 to 15 degrees Celsius glass transition temperature, abrasion resistance, Low temperature flexibility, low temperature impact strength, long term flexibility, tear / cut resistance, fuel and oil resistance, good elasticity / bounce resistance, ozone resistance, weather resistance, temperature resistance. These properties are defined and characterized according to the corresponding ASTM standard. Polyurethane elastomer products include heavy-duty industrial rollers, caster wheels, exterior painted car body parts, hydraulic seals, drive belts, injection / blow molding parts, injection molded grease boots (covers), blow and flat die extrusion films, And sheet products (thickness 0.03 mm to 3 mm), pipes, hose covers, sports shoes, wires, cable protection covers. The properties and characteristics of commercial polyurethane elastomers can be adapted to specific applications by changing their chemical properties. Polyurethane elastomers have not been used in the past for containment vessels such as double hull oil tankers in composite sandwich configurations with metal skins.
Clearly, the elastomeric core material of the composite structural panel 18 must be securely bonded to both the metal skin plates 34 and 36 to support operational loads. Furthermore, the hardened elastomeric core material 38 has adequate structural properties such as sufficient density, tensile strength, ductility, shear strength, compressive strength and is subject to accidental or extreme loads such as, for example, stranded or impacted. At the time of the event, a composite panel 18 must be provided that has desirable properties in shipbuilding applications such as high strength, ductility, durability and impact resistance. A polyurethane elastomer of suitable composition has other suitable properties, such as water and oil resistance, and heat resistance to insulation.
The elastomeric core 38 of the composite panel 18 configuration contributes to cargo transport in several ways. First, the local buckling of the relatively thin metal plates 34 and 36 that occurs under normal hogging and sagging moments due to the adhesion made between the inner and outer steel plates 34, 36 and the elastomer 38. Is eliminated, eliminating the need for closely spaced vertical stiffeners between stringers 22 and the need for closely spaced stringers 22. Secondly, the elastomeric core 38 has physical properties and dimensions suitable for transmitting sufficient shear between the inner and outer metal plates 34 and 36 to provide the inner and outer plates 34 and 36 with different physical properties and dimensions. Improve bending strength. Because the inner and outer plates 34 and 36 of the composite panel 18 are separated from each other, they have a bending strength about 10 times that of a conventional single metal plate 14 having the same total plate thickness. Compared to the corresponding single plate component, the composite component has a much higher strength so that, for example, the composite component such as the stringer 22, the frame 24 or the partition wall 26 is arranged with a greater spacing. Fewer composite components are required. Furthermore, due to the stronger composite components, little or no stiffener 7 is required. Therefore, it is usually used for the additional stringers 3, frames 11 and 2, and plate stiffener 7 required in the prior art steel double hull without increasing the total weight of the steel required to build the ship. The steel to be relocated to structural members such as composite hull plates 17 and 18 and girders 22, floor 24, bulkhead 26 and web 32 can improve structural performance without increasing steel costs. A stronger individual component can be obtained. The elastomeric core 38 provides a sufficient longitudinal shear transition between the inner and outer metal plates 34 and 36 of the composite panel 18, all of which improve the elastic section modulus and thus the overall tanker moment resistance. Can contribute. This elastomer increases the shear buckling capability of the hull structure. By using two thin steel plates 34 and 36 separated from each other and bonded to a structural elastomer 38 instead of a single thick steel plate of the prior art, a tear or fracture resistant hull Is achieved at a cost equivalent to or less than that of conventional structures. This is because the steel plate does not have to be designated as a more expensive notch-tough steel. The thickness distribution of the two steel plates 34 and 36 in the composite panel 18 is not specified, for example, optimal structural performance and durability for factors such as load carrying capacity, corrosion resistance and wear resistance To be distributed.
For example, by using a composite panel 18 instead of a conventional steel plate for the hull components, such as hull panel 17, stringer floor frame 24, and bulkhead 26, these individual hull components and hulls. Increases overall strength and reduces the thickness of the inner and outer steel panels 34 and 36 in the composite hull panel 18 while simultaneously carrying in-plane production cargo, such as production cargo that generates hogging and sagging. The number of conventional hull components, such as the required stiffener 7, frame 11, support members 2, 3, etc., is significantly reduced. Also, the use of a stronger steel panel 18 instead of a conventional steel plate and a conventional frame and support member simplifies the support structure. This stronger composite panel 18 allows construction with significantly fewer structural members, and includes, for example, each longitudinal member through the floor frame 24, bulkhead 26, frame and bracket (not shown), tripping bracket ( Significantly reduce the number of structural cross members, such as (not shown). The number of structural cross members is reduced, reducing the number of details that are prone to fatigue and the corresponding number of fatigue failures that may occur. In addition, when the number of structural members is reduced, the chance that a crack propagates to the inner hull 20 at the time of an accident is also reduced.
A composite plate system combined with the latest shipbuilding technology provides an impact-resistant tough structure. The steel plate 36 outside the composite panel 18 functions as a hard wear protection surface. The elastomer core 38 absorbs energy and disperses the lateral load on the inner steel plate 34, so that a heat-resistant material having high ductility is obtained. The inner steel plate 34 also serves as a hard wear protection surface and supports the majority of impact loads in inelastic film activity. This sandwich construction concept allows optimal distribution of the steel layer thickness between the outer and inner steel plates 34 and 36 of the composite panel 18 and provides the most effective structural system. The thermal insulation properties of the elastomeric core 38 provide a warmer environment for the inner steel plate 34 and support for structural steel members such as the stringers 22 and floor frame 24 and are less costly and resistant to fracture Low toughness steel can be used. In accidental or extreme loading conditions, the ductile elastomeric core 38 of the composite panel 18 enhances the fracture resistance of the inner and outer metal plates 34 and 36 and extends across support members such as the stringers 22 and the floor frame 24. As it deforms, the strain areas of the inner and outer metal plates 34 and 36 are more equalized, local shear deformation is reduced, and in the event of an impact load, the inner and outer metal plates at the lateral support member. The tear resistance of 34 and 36 is greatly improved. The elastomeric core 38 in the hull 20 inside the composite panel 18 provides an effective crack stop layer, an outer hull 28, a bottom or side structure that can typically withstand damage during a crash or landing, and a cargo tank. Between the inner steel hull 20 and the inner steel plate 34. This crack stop layer, along with other crack stop members, not only significantly reduces but also eliminates the possibility of oil loss resulting from crack propagation in the cargo tank from the destruction of the outer hull.
The simplification of the structural system reduces the density of the components, and its flat surface makes it easier to apply, inspect and maintain the protective coating thereon. Coating failure is usually most common in areas that are difficult to access, such as the bottom of the flange or the intersection of flange webs (not shown). In such areas, the original coating application is inappropriate and subsequent maintenance coatings are difficult to apply. This composite panel system has less surface area to be protected, thus reducing the possibility of corrosion problems and extending its life.
The initial cost of building a steel-elastomer-steel composite panel double hull structure is less than a conventional all-steel reinforced plate section. The cost of the elastomeric core material, the installation associated with the composite panel, and the cost of additional welding is that a significant number of conventional steel plate stiffeners 7 are eliminated, for example, the intersection of vertical frames, horizontal frames, floors, or bulkheads. This is offset by the elimination of support members such as color plates and compensation lugs, and the elimination of significant surface areas that require painting and maintenance in conventional hulls. Additional cost benefits are realized in increasing lifespan, reducing damages and freight insurance costs, reducing operating costs from lighter ships, and reducing heating costs during oil transfers.
The basic reason for using a double hull oil tanker is to minimize the probability of oil spills in the event of accidental or extreme loading events such as grounding or collision. In this regard, the system of the present invention provides superior performance over prior art designs.
In a large-scale grounding test on the bottom hull part of the prior art, the destruction of the hull inside the current steel double hull method is the depth at which rocks or other objects penetrate into the hull. It has been shown that even if it is shorter than the distance between the inner hull and the outer hull, it occurs as a result of crack propagation due to the initial failure of the outer hull. It is also important to stop the cracks and isolate the cargo tank with the protective layer 15. FIGS. 7 to 10 show the intersection of the composite hull plate 18, the composite transverse bulkhead 26, the composite floor frame 24, and the composite stringer 22. The composite stringer 22 extends towards and joins the composite floor frame 24 below the transverse bulkhead 26. The longitudinal edges of the stringers 22 are directly coupled only to the inner plate 34 of the outer hull 28 and the outer plate 36 of the inner hull 20. The spacer 44 is disposed in the composite plate 18 of the inner hull 20 and is disposed in the middle between the stringers 22. According to FIG. 8, a simple fillet weld 48 secures the edge 46 of the spacer 44 to the inner surface 66 of the outer plate 36 of the inner hull 20 and a single butt weld 55 secures the inner hull. The edges 52 and 54 of the inner plates 35a and 35b and the edge 50 of the spacer 44 are fixed, and the respective plates of the composite panel 18 are combined. These simplified weld details are configured to facilitate manufacturing and facilitate automation of the welding operation. If the spacer 44 is installed at an intermediate distance between the stringers 22 in combination with the semicircular gap 60 in the floor frame 24 in the transverse bulkhead 26 adjacent to the position of the spacer 44 in the inner hull panel 20, the effect is obtained. It becomes an effective crack stop barrier. 8-10, it is clear that the only metal-to-metal direct contact between the inner metal layer 34 of the inner hull 20 and the outer metal layer 36 is a spacer 44. Is shown in FIG. The inner hull 20 may be provided with a spacer 44 at a significant distance from the cross beam 22 or may have a gap 60 in the floor frame 24 proximate to the position of the spacer 44 in the inner hull composite panel 18. Thus, it has been effectively isolated from the effects of crack propagation. Cracks propagating upward from the outer hull 28 through the stringer 22 are stopped by the elastomeric core 38 in the inner hull 20. Cracks propagated upward from the outer hull 28 through the floor frame 24 and other similar lateral structural members stop at the gap 60 and propagate through the spacer 44 to the inner plate 34 of the inner hull 20. Is effectively prevented.
The semicircular gap 60 is a typical structural discontinuity used to stop cracks in structures where there is crack propagation due to fatigue. The plug 62 fills the semicircular gap 60. The plug 62 has peripheral flanges 64 on both sides of the floor frame 24 forming the honey compartments on both sides. This plug may be other types of plugs, for example an elastomer molded in place. In FIGS. 8, 9, and 10, the cargo tank 68 is effectively isolated from the outer hull structure by the polyurethane elastomer core 38, and the inner metal plate 34 of the inner hull 20; It is clearly shown that the only direct metal-to-metal connection with the rest of the hull structure is the spacer element 44 between the inner metal plate 34 and the outer metal plate 36 shown in FIG. Yes.
As shown in FIG. 9, the partition wall 26 is fixed to the inner plate 34 of the inner hull 20 by means such as welding. Under the inner hull 20, the floor frame 24 supports the partition wall 26 and is fixed to the outer plate 36 of the inner hull 20 by means such as welding. The elastomer layer 38 forms the crack stop layer 15 between the floor frame 24 and the partition wall 26. In order to prevent direct metal-to-metal contact between the inner plate 34 and the outer plate 36 of the inner hull 20, the inner hull 20 is interposed between the floor frame 24 and the bulkhead 26. When passing, the gap 67 (FIG. 13) is provided in the vertical spacer 44 (shown in the side view of FIG. 13) when this gap passes between the floor frame 24 and the partition wall 26, page 20. Extends a short distance on either side of the transverse component marked with. Additional elastomeric spacers may be installed transverse to the vertical spacers to provide a weld margin around the floor frame 24 and the bulkhead 26. Following welding, the gap 67 is filled with elastomer. The gap 67 is subsequently filled with an elastomer. This effectively isolates the cargo tank from cracks propagating through steel that may arise from the impact of other ships on the side structure of the hull.
In addition to natural crack arrest, the present invention provides an increased energy absorption capability over CDH or ADH. Increasing the concentration of steel plate material in the hull plate that combines the physical and behavioral properties of steel-elastomer-steel sandwich panels, such as increased section modulus and rebound of the elastomer, increases local plasticity. Designed to tend to, for example, reduce local bending strain around sharp or small load points, shear strain, and plastic deformation (wrinkle) under accidental or extreme loading conditions The stringer maximizes material deformation in plastic film activity, maximizes that material contacts the impacted object or impacted object, delays the onset of tearing, and increases energy absorption capacity. The result is a tough skin hull and an oil tanker with greater impact resistance. In order to ensure non-destructiveness, this oil tanker is designed to maintain the integrity of the hull girder after any anticipated event that may be accidental or extreme. The simplification of the structural arrangement reduces the number of intersecting portions of the orthogonal frame members and the number of members prone to fatigue.
As a result of the simplified structural system illustrated above, there is less surface area to paint and protect from corrosion, and the existing surface area is generally planar and free of obstacles. Thus, the application, inspection and maintenance of the protective coating becomes easier. All of these factors serve to reduce initial construction costs, maintenance costs during operation, and increase the service life of the ship.
Due to the thermal properties of the polyurethane elastomer, the inner plate of the outer hull, each plate of the inner hull, and the stringer are isolated from the ambient temperature, for example when operating an oil tanker in a cold region, Reduces notch toughness requirements for steel and the possibility of brittle fracture under impact loading conditions. In the case of the inner hull, this thermal isolation reduces the operational costs associated with heating during the transfer of oil cargo.
As this elastomer, those having fuel resistance and oil resistance and having no water permeability can be selected. This selected elastomer should adhere completely to the steel plate to be molded. If properly selected, this elastomer will allow water, fuel, and oil to flow inside and outside of any hull, even if corrosion or wear creates holes in any one part of the hull plate. Transition between plates can be prevented.
The system of the present invention is designed to be easy to build and maintain and is designed to be competitive in terms of cost.
While one embodiment incorporating the teachings of the present invention has been illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize many other variations incorporating these teachings that are all within the scope of the present invention. It can be devised immediately.

Claims

The structure or composite laminate panel suitable for use in the construction of the ship (18), said laminated panels,
A first metal layer (34);
A second metal layer (36);
A composite laminate panel comprising a first metal layer and an intermediate layer (38) bonded to the second metal layer, wherein the intermediate layer is made of a non-foamed thermosetting polyurethane elastomer.

The composite laminated panel according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed at a predetermined position.

The composite laminated panel according to claim 1 or 2, wherein the polyurethane elastomer has a tensile strength in a range of 20 MPa to 55 MPa.

4. The composite laminate panel according to claim 1, wherein each of the first and second metal layers (34, 36) has a thickness in the range of 6 mm to 25 mm. 5. .

The composite laminate panel according to any one of claims 1 to 4, wherein the plastic material has a Shore hardness in the range of 70A to 80D.

The composite laminate panel according to any one of claims 1 to 5, wherein the plastic material has an elongation in the range of 100% to 800%.

The composite laminated panel according to any one of claims 1 to 6, wherein the plastic material has a flexural modulus in the range of 2 MPa to 104 MPa.

The composite laminate panel according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and second metal layers (34, 36) are formed of steel.

A ship or a ship including the composite laminated panel according to any one of claims 1 to 8.

Ship or ship according to claim 9, wherein the composite laminate panel forms part of the hull.

The first metal layer (34) and the second metal layer (36) are spaced apart so as to form a core cavity between the opposing surfaces of the first and second metal layers. A positioning step;
Providing an uncured plastic material (38) to fill the core cavity;
Curing the uncured plastic material such that the plastic material adheres to the opposing surfaces of the first and second metal layers, the plastic material being a non-foamed thermoset polyurethane elastomer A method for producing a composite laminated panel characterized by the above.

The method according to claim 11, wherein the polyurethane elastomer has a tensile strength in the range of 20 MPa to 55 MPa.

One of the first and second metal layers (34, 36) has a portion configured to be welded and a portion configured to be welded is a portion configured to be welded The step of defining a weld margin (58) in a portion of the core cavity adjacent to the core cavity and supplying an uncured plastic material to the core cavity is performed such that the weld margin lacks plastic. Item 13. or method according to Item 12.

14. The method of claim 13, wherein the portion configured to be welded is a peripheral edge of the composite laminate panel .

Further comprising providing an opening through the thickness of any one of the first and second metal layers (34, 36), uncured plastic is supplied to the core cavity through the opening. 15. A method according to any one of claims 11 to 14.

The method of claim 15, further comprising the step of sealing the opening.

The method according to claim 16, wherein the opening is sealed with a metal plug.

18. A method according to claim 17, wherein the metal plug is threaded .

15. A method according to any one of claims 11 to 14, wherein the core cavity has an open end and uncured plastic is supplied to the core cavity through the open end. .

20. The positioning according to any one of claims 11 to 19, wherein the positioning is achieved by placing a spacer between the first metal layer (34) and the second metal layer (36). The method according to item.

21. The method of claim 20, further comprising the step of attaching a spacer to one of the first and second metal layers (34, 36).

The method of claim 21, further comprising attaching a spacer to the other of the first and second metal layers (34, 36).

23. A method according to claim 21 or claim 22, wherein the spacer is attached by welding.

23. A method according to claim 21 or claim 22, wherein the spacer is attached by gluing.

25. A method according to any one of claims 20 to 24, wherein the spacer is a metal.

25. A method according to any one of claims 20 to 24, wherein the spacer is plastic.

A method for manufacturing a double hull structure,
Formation of an inner hull by the method according to any one of claims 11 to 26;
A method for manufacturing a double hull structure comprising: forming an outer hull by the method according to any one of claims 11 to 26.

In the step of forming the inner and outer hulls, an uncured plastic material is placed in the first or second metal layer between the double hull structure void and the core cavity of each hull. that is supplied through the opening, the method described in paragraph 27 claims.